基于数字孪生的复杂产品生命周期能效评估理论与优化方法

With regard to the typical existing problems of energy efficiency evaluation of product life cycle, such as difficulties in real-time data acquisition, untruthfulness in the digital simulation model, disstrong in the interaction between physical and information data, the digital twin is applied to energy efficiency evaluation of product life cycle. A heterogeneous multi-modal energy data acquisition and fusion processing is studied, then the physical model and digital twin model is constructed. Meanwhile, the fusion processing method of physical model data and twin model is designed. On this basis, a digital twin data of energy efficiency evaluation of product life cycle is formed. Multi-level and multi-stage energy efficiency evaluation model for product life cycle is proposed and the generation mechanism of energy efficiency assessment service based on digital twin data is realized; the energy efficiency evaluation service composition method and its optimization application based on digital twin data is put forward. Based on the above theories and methods, a cloud service platform for product life cycle energy efficiency evaluation is developed, which supports information and physical integration, and realize the above theory simulation and application verification. The research of this project will provide the theoretical guidance for the enterprise to realize the service oriented green smart manufacturing.

针对产品生命周期能效评估过程中存在的实时数据难以采集、数字化模型难以构建以及物理-信息数据之间交互不强等问题，本项目将数字孪生技术引入到产品生命周期的能效评估与优化中，从全新的角度研究异构多源多模态能耗数据采集与融合处理，实现物理模型的构建，并建立其对应的数字孪生模型；研究物理模型数据和孪生模型数据的融合处理方法，构建产品生命周期能效评估孪生数据；研究面向产品生命周期的多层次多阶段能效评估模型构建，并基于数字孪生数据实现能效评估服务生成；在此基础上，研究基于孪生数据的产品能效评估服务组合实现机制及优化方法。基于以上的理论与方法，研制支持信息-物理融合的产品生命周期能效评估云服务平台，实现以上理论的仿真与应用验证。本项目研究将为企业实现面向服务的绿色智能制造提供相关的理论指导依据。

当前复杂产品智能制造过程能效评估与绿色优化存在实时数据难以采集、数字化模型难以构建以及物理-信息数据之间交互不强等问题，本项目将数字孪生技术引入到产品生命周期能效评估与优化中，分别研究了异构多源多模态能耗数据采集与融合处理，构建了能耗源设备数字孪生模型以及多层次多阶段能效评估模型，实现了基于孪生数据的能效评估服务生成，并在此次基础上设计了基于孪生数据的产品能效评估服务组合实现机制及优化方法，最终提出了基于数字孪生的复杂产品生命周期能效评估理论与优化方法。主要成果如下：.（1）归纳了产品生命周期能耗数据类型，研发了一套多接口、多协议集成能耗数据采集装置，并研究了基于系统集成和第三方数据库的能耗历史数据混合采集方法。.（2）研究并构建了能耗源设备孪生模型，实现了产品能效评估孪生数据预处理与数据特征提取，研究并实现了基于云的产品生命周期能效评估孪生数据集成与融合处理。.（3）建立了三级产品生命周期能效评估指标体系，构建了多层次、多阶段的产品生命周期能效评估模型，并在此基础上设计了基于孪生数据的产品生命周期能效评估服务生成方法。.（4）提出了基于流程的三级能效评估资源服务分类方法，挖掘了产品能效评估服务类型间的关联关系，提出了考虑关联关系的能效评估服务组合方法；探讨了基于孪生数据的产品能效评估服务组合实现机制，并研究了基于服务组合的产品生命周期绿色优化应用机制。.（5）基于以上复杂产品能效评估与优化关键技术，设计并开发了一套支持信息-物理融合的产品生命周期能效评估云服务平台。.以上工作获国家发明专利授权8项、受理6项，软著7项；获2020国家科技进步二等奖1项；发表/录用论文10篇，其中在IEEE Trans.等期刊发表/录用SCI论文6篇，3篇论文所在期刊影响因子大于5、最高影响因子10.215。