【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及數(shù)字孿生，具體地涉及一種一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法。
技術(shù)介紹
1、隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，數(shù)字化的概念已經(jīng)進(jìn)入了業(yè)界的每一個(gè)企業(yè)。所有企業(yè)都在就如何實(shí)現(xiàn)自身數(shù)字化，如何開發(fā)與設(shè)計(jì)更加具有數(shù)字化的產(chǎn)品不斷做出嘗試。
2、目前，對(duì)于企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，其中最炙手可熱技術(shù)便是數(shù)字孿生，最近，由中國信息通信研究院聯(lián)合中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)、中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布的2023年《數(shù)字孿生城市白皮書》中，2023年數(shù)字孿生學(xué)術(shù)研究主要聚集在五大主題，分別是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、信息物理系統(tǒng)研究、數(shù)字孿生ai智能化發(fā)展、數(shù)字孿生機(jī)理模型應(yīng)用、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用其中，智能制造作為其中重要的組成部分收到了業(yè)界廣泛關(guān)注。
3、隨著航天器型號(hào)任務(wù)的不斷增加，型號(hào)研制進(jìn)度的不斷加快，航天器柔性熱控薄膜正處于多品種大批量制造轉(zhuǎn)型階段，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是在生產(chǎn)結(jié)束后，通過人工目檢+離線方式的儀器檢測(cè)手段，該方法效率低，檢測(cè)效果難以把控，最重要的是不能在線實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)控，容易導(dǎo)致已經(jīng)產(chǎn)生缺陷但仍然繼續(xù)生產(chǎn)，從而造成生產(chǎn)損失，浪費(fèi)原材料、能源等，這不僅造成資源、時(shí)間的浪費(fèi)且產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障，難以滿足產(chǎn)品高質(zhì)量批量化生產(chǎn)的要求。
4、目前的大多數(shù)的數(shù)字孿生系統(tǒng)在工程實(shí)踐中只注重虛擬空間對(duì)物理空間的狀態(tài)模仿，缺乏具備物理空間-虛擬空間雙向數(shù)據(jù)交互、預(yù)警及調(diào)控功能的數(shù)字孿生系統(tǒng)，這導(dǎo)致制造過程監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)利用率低，難以對(duì)復(fù)雜制造過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效調(diào)控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路p>
1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本專利技術(shù)提供了一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，該方法注重于基于數(shù)字孿生的磁控濺射鍍膜過程監(jiān)控與預(yù)警調(diào)控。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案為：
3、一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
4、s1：利用unity3d軟件與三維重建技術(shù)，構(gòu)建機(jī)床三維模型；采用數(shù)字孿生模型對(duì)其實(shí)時(shí)采集的設(shè)備運(yùn)行動(dòng)作和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行映射模擬，實(shí)現(xiàn)制造過程的可視化；
5、s2：通過數(shù)字孿生系統(tǒng)對(duì)指定鍍膜產(chǎn)品或工藝建立指令預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程的在線質(zhì)量預(yù)測(cè)。可以直接在虛擬環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化，對(duì)各個(gè)工藝的數(shù)字孿生模型進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、工藝模擬及電氣調(diào)試，通過嵌入深度學(xué)習(xí)算法，自動(dòng)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程；
6、s3：通過搭建通道-空間注意力機(jī)制，在卷積層后對(duì)卷積層提取到的缺陷特征進(jìn)行價(jià)值評(píng)估，建立鍍膜缺陷強(qiáng)相關(guān)特征與缺陷類別之間的映射關(guān)系，減少冗余特征信息的計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)缺陷類別的精準(zhǔn)識(shí)別；
7、s4：開展基于融合多源采集信息的磁控濺射鍍膜系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)警機(jī)制構(gòu)建技術(shù)研究，搭建深度學(xué)習(xí)缺陷檢測(cè)模型實(shí)現(xiàn)鍍膜缺陷實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將其嵌入數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過一種經(jīng)典的最優(yōu)控制算法lqr實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)控。
8、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述s3中，搭建通道-空間注意力機(jī)制，具體步驟為：
9、s31:通過squeeze操作壓縮衛(wèi)星表面鍍膜缺陷敏感特征通道，將鍍膜缺陷敏感特征壓縮為全局特征，輸入為衛(wèi)星表面鍍膜缺陷敏感特征xh×w×mtrain，輸出為壓縮后的衛(wèi)星表面鍍膜缺陷全局特征f1×1×msq。
10、xh×w×mtrain＝{x1，x2，...，xm}?(公式1)
11、fisq＝gap(xitrain)?(公式2)
12、
13、式中，xh×w×mtrain——通過卷積運(yùn)算后的衛(wèi)星表面鍍膜缺陷敏感特征，具有m個(gè)特征通道，特征圖的尺寸為h×w；
14、fisq——第i個(gè)特征圖通過全局平均池化的全局特征；
15、gap——全局平均池化操作；
16、f1×1×msq——m個(gè)通道對(duì)應(yīng)的的全局特征。
17、s32：通過excitation操作(fc1層+relu激活+fc2層+sigmoid激活)，全連接層fc1將特征圖向量沿通道維度進(jìn)行降維操作，relu激活函數(shù)實(shí)現(xiàn)非線性化，全連接層fc2將特征向量的通道維度恢復(fù)至原維度，sigmoid函數(shù)將處理后的特征向量轉(zhuǎn)化為0-1之間的歸一化權(quán)重向量s1×1×m，即生成不同敏感特征的權(quán)重值。采用兩個(gè)全連接層fc1、fc2具有更好地非線性擬合能力，可以更好地?cái)M合通道之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，使衛(wèi)星表面鍍膜缺陷敏感特征中的重要信息得到額外關(guān)注，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
18、fc1＝w1×f1×1×msq?(公式四)
19、fc2＝w2×relu(fc1)?(公式五)
20、s1×1×m＝sigmoid(fc2)?(公式六)
21、其中，m為衛(wèi)星表面鍍膜缺陷敏感特征的特征數(shù)量，r為降維系數(shù)。s1×1×m為m個(gè)通道的衛(wèi)星表面鍍膜缺陷損敏感特征對(duì)應(yīng)的特征向量，sigmoid為激活函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
22、
23、s33：通過scale操作，相關(guān)表達(dá)式如下所示，將歸一化后的通道權(quán)重s1×1×m與原通道的衛(wèi)星表面鍍膜缺陷敏感特征xh×w×mtrain相融合，生成新的敏感特征使得模型對(duì)不同通道的衛(wèi)星鍍膜缺陷敏感特征更有辨別能力。
24、
25、進(jìn)一步地，所述s4具體包括如下步驟：
26、s41：將工業(yè)相機(jī)采集到的圖像輸入到鍍膜缺陷檢測(cè)模型；
27、s42：判斷鍍膜是否有缺陷，沒有缺陷繼續(xù)檢測(cè)；
28、s43：如果鍍膜出現(xiàn)缺陷，判斷缺陷類型，通過最優(yōu)控制算法lqr針對(duì)不同類型發(fā)出不同控制調(diào)節(jié)指令,相關(guān)公式如下：
29、x＝ax+u????????????????(公式九)
30、其實(shí)，假設(shè)以上為單變量方程，a的特征值為-k，則當(dāng)x＝-kx時(shí),x就會(huì)以指數(shù)速率趨近穩(wěn)態(tài)，以上為子穩(wěn)定系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)點(diǎn)為0，因?yàn)閤＝e-kt，令，u＝-k1x會(huì)非常有效，則狀態(tài)方程變?yōu)閤＝-(k+k1)x,因此可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)速度，當(dāng)u＝b時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)由0遷移到x＝-kx+b＝0→x＝b/k，因此，u＝-kx+b,可以在調(diào)節(jié)響應(yīng)速率得同時(shí)，改變穩(wěn)態(tài)點(diǎn)，b可以是pid值，b＝kpe+ki∫e+kde,也可以是你自己設(shè)計(jì)的其他關(guān)于e的函數(shù)，從而將系統(tǒng)約束到指定值。
31、進(jìn)一步地，所述s1中，構(gòu)建機(jī)床設(shè)備的三維模型具體為，采用利用unity3d軟件完成，所有模型均來源于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在外觀上做到和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全面解析；此外，對(duì)于抽真空過程，通過用不同顏色粒子特效來區(qū)分流速不同的氣體。磁控濺射過程中，通過設(shè)置粒子特效的拖尾效果來表示帶電粒子，帶電粒子從發(fā)射口發(fā)射，設(shè)定粒子動(dòng)畫移動(dòng)的速度和方向來表征帶電粒子受到制造空間內(nèi)磁場(chǎng)電場(chǎng)的影響。經(jīng)過磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用向靶材加速撞擊，靶上的材料經(jīng)過粒子轟擊飛濺出來，附著在柔性薄膜上完成鍍膜。
32、本專利技術(shù)的有益效果：
33、本專利技術(shù)將數(shù)字孿生技術(shù)和航天器柔性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，所述S3中，搭建通道-空間注意力機(jī)制，具體步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，所述S4中，通過一種經(jīng)典的最優(yōu)控制算法LQR實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)控，具體步驟為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，所述S1中，構(gòu)建機(jī)床三維模型具體為，采用利用Unity3D軟件完成，所有模型均來源于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在外觀上做到和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全面解析；抽真空過程中，通過用不同顏色粒子特效來區(qū)分流速不同的氣體，磁控濺射過程中，通過設(shè)置粒子特效的拖尾效果來表示帶電粒子，帶電粒子從發(fā)射口發(fā)射，設(shè)定粒子動(dòng)畫移動(dòng)的速度和方向來表征帶電粒子受到制造空間內(nèi)磁場(chǎng)電場(chǎng)的影響，經(jīng)過磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用向靶材加速撞擊，靶上的材料經(jīng)過粒子轟擊飛濺出來，附著在柔性薄膜上完成鍍膜。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，所述s3中，搭建通道-空間注意力機(jī)制，具體步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制造數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建方法，所述s4中，通過一種經(jīng)典的最優(yōu)控制算法lqr實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)控，具體步驟為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天熱控涂層薄膜磁控濺射鍍膜制...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李榮義，許有強(qiáng)，倪俊，李燦倫，王飛，田帥旗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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