本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理，具體為一種基于三維模型的動(dòng)態(tài)工作輔助系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前已有的三維工作手冊大多依賴于傳統(tǒng)的二維圖紙，或者利用cad軟件生成靜態(tài)的三維模型，結(jié)合手冊內(nèi)容進(jìn)行展示。另外一方面在制造、建筑、能源等行業(yè)，已出現(xiàn)一些基于數(shù)字孿生技術(shù)的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過虛擬模型來指導(dǎo)設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和管理。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，例如公開號(hào)為cn115687494的專利中記載的技術(shù)方案“一種制造系統(tǒng)的數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過信息物理系統(tǒng)總線傳輸數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)虛擬場景的三維模型，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)行為的實(shí)時(shí)映射和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可視化。”

3、目前市場上已有的三維工作手冊大多依賴于傳統(tǒng)的二維圖紙，或者通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)軟件生成靜態(tài)的三維模型，并結(jié)合手冊內(nèi)容進(jìn)行展示。這種方法雖然在一定程度上提高了信息的可視化效果，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些局限。例如，靜態(tài)三維模型無法實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，也無法提供交互式的操作指導(dǎo)，往往導(dǎo)致用戶在實(shí)際操作過程中面臨理解和應(yīng)用上的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維模型的動(dòng)態(tài)工作輔助系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有技術(shù)中，三維手冊未能與設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效整合，只支持基礎(chǔ)的查看功能，缺少針對用戶操作的動(dòng)態(tài)反饋的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于三維模型的動(dòng)態(tài)工作輔助系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊、數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊、數(shù)據(jù)分析與處理模塊以及三維可視化與交互模塊；其中，通過數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊采集設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)后臺(tái)；系統(tǒng)后臺(tái)將收集的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊，數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊構(gòu)建設(shè)備的數(shù)字孿生三維模型，并實(shí)時(shí)反映設(shè)備的狀態(tài)；

4、數(shù)據(jù)分析與處理模塊對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)故障診斷模型或預(yù)設(shè)規(guī)則動(dòng)態(tài)調(diào)整工作手冊內(nèi)容；

5、三維可視化與交互模塊基于三維模型呈現(xiàn)設(shè)備和操作步驟，支持用戶交互操作，根據(jù)用戶選擇提供即時(shí)反饋。

6、根據(jù)上述技術(shù)方案，數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊構(gòu)建設(shè)備的數(shù)字孿生三維模型具體為：

7、步驟s101，模型初始化：基于通過數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊采集設(shè)備cad文件或點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立設(shè)備的初始三維模型；

8、步驟s102，實(shí)時(shí)狀態(tài)映射：根據(jù)采集的設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)更新三維模型的狀態(tài)；設(shè)備幾何形狀和屬性參數(shù)的映射關(guān)系如下：

9、m(t)＝f(p(t)，d(t))

10、式中，m(t)表示三維模型在時(shí)間t的狀態(tài)，p(t)表示設(shè)備的幾何參數(shù)；d(t)表示設(shè)備的物理參數(shù)，f表示映射函數(shù)；

11、步驟s103，實(shí)時(shí)狀態(tài)更新：基于物理仿真引擎，實(shí)時(shí)計(jì)算模型的動(dòng)態(tài)行為；

12、步驟s104，態(tài)位置變化：根據(jù)傳感器提供的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，使用剛體動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算：

13、

14、式中，描述了物體在時(shí)間間隔δt內(nèi)的位移，δt表示時(shí)間間隔，x(t)的表示物體在時(shí)刻t的位置，代表初始位置；v(t)是時(shí)刻在t的速度，a(t)表示物體在t的加速度；

15、步驟s105，狀態(tài)顏色編碼：使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行可視化編碼。

16、根據(jù)上述技術(shù)方案，通過故障斷模型或預(yù)設(shè)規(guī)則動(dòng)態(tài)調(diào)整工作手冊內(nèi)容具體為：

17、首先使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型分析數(shù)據(jù)流，檢測設(shè)備異常；

18、

19、式中，s(x1)異常得分，h(x)路徑長度；c(n)設(shè)備運(yùn)行路徑的參考長度，即正常工作路徑的歷史均值；通過對設(shè)備實(shí)時(shí)路徑長度與歷史參考路徑長度的對比，判斷當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)是否異常；具體來說，e(h(x)當(dāng)較大時(shí)，意味著平均路徑長度較長，表示設(shè)備運(yùn)行存在異常情況，從而導(dǎo)致s(x)較大，即異常得分較高；

20、動(dòng)態(tài)調(diào)整工作手冊內(nèi)容，使用規(guī)則引擎對設(shè)備故障進(jìn)行診斷，并動(dòng)態(tài)調(diào)整工作手冊內(nèi)容；

21、規(guī)則引擎公式：

22、if(t>tthreshold)∧(p<pthreshold)

23、式中，t表示溫度；p表示壓力；

24、動(dòng)態(tài)內(nèi)容生成：根據(jù)診斷結(jié)果，從數(shù)據(jù)庫中動(dòng)態(tài)調(diào)用對應(yīng)的操作步驟，更新到工作手冊。

25、根據(jù)上述技術(shù)方案，三維可視化與交互模塊基于三維模型呈現(xiàn)設(shè)備和操作步驟具體為：

26、實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)展示：系統(tǒng)將數(shù)字孿生模型與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合，呈現(xiàn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)狀態(tài)；使用材質(zhì)和紋理更新模型表面，直觀反映設(shè)備狀態(tài)；

27、動(dòng)態(tài)操作步驟聯(lián)動(dòng)：根據(jù)工作手冊的動(dòng)態(tài)內(nèi)容更新，三維模型同步顯示操作步驟；通過動(dòng)畫和引導(dǎo)箭頭，指示用戶操作流程；

28、用戶輸入與反饋：支持用戶通過觸摸屏、鼠標(biāo)或語音對模型進(jìn)行交互：點(diǎn)擊部件高亮顯示詳細(xì)信息；拖動(dòng)模型旋轉(zhuǎn)或縮放，查看不同角度；

29、反饋更新：用戶完成每一步操作后，系統(tǒng)記錄操作日志，并實(shí)時(shí)更新下一步指導(dǎo)內(nèi)容。

30、根據(jù)上述技術(shù)方案，數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊中，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸接口，將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋至數(shù)字孿生三維模型中，數(shù)字孿生三維模型根據(jù)這些信息自動(dòng)調(diào)整手冊中的步驟或圖示，具體調(diào)整機(jī)制：

31、故障診斷與規(guī)則匹配：使用基于規(guī)則的故障診斷模型或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的深度學(xué)習(xí)模型分析設(shè)備狀態(tài)。

32、狀態(tài)步驟映射：將診斷結(jié)果與預(yù)設(shè)步驟庫進(jìn)行映射；

33、s＝f(d)

34、式中，s：工作手冊中的步驟，d：設(shè)備診斷狀態(tài)；

35、動(dòng)態(tài)內(nèi)容調(diào)整算法：系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，動(dòng)態(tài)篩選相關(guān)步驟；

36、動(dòng)態(tài)更新步驟邏輯：supdated＝{s1,s3,s5}

37、式中，supdated：更新后的步驟序列；

38、圖示調(diào)整：使用動(dòng)態(tài)模板生成三維圖示；圖示生成算法：

39、iupdated＝g(m，supdated)

40、式中，iupdated表示更新后的三維圖示；m表示數(shù)字孿生模型的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

41、動(dòng)態(tài)更新機(jī)制的具體實(shí)現(xiàn)步驟：系統(tǒng)調(diào)用規(guī)則引擎，將設(shè)備狀態(tài)與操作步驟匹配；提取適配的步驟序列，調(diào)整操作指導(dǎo)內(nèi)容；

42、三維圖示動(dòng)態(tài)生成：調(diào)用圖示生成模塊，依據(jù)當(dāng)前狀態(tài)生成與步驟相關(guān)的三維可視化圖示；

43、實(shí)時(shí)推送更新：將更新后的工作手冊內(nèi)容和圖示通過交互界面展示給用戶。

44、根據(jù)上述技術(shù)方案，數(shù)據(jù)分析與處理模塊中，通過使用卡爾曼濾波算法對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪及平滑處理，并融合來自不同傳感器的異構(gòu)數(shù)據(jù)。

45、根據(jù)上述技術(shù)方案，卡爾曼濾波算法具體為：

46、

47、其中，kk為卡爾曼增益，zk為觀測值，為預(yù)測值。

48、根據(jù)上述技術(shù)方案，設(shè)備的狀態(tài)變化通過設(shè)備狀態(tài)同步算法來表示，設(shè)備狀態(tài)同步算法具體為：

49、x(t)＝ax(t-1)+bu(t)+w(t)

50、其中，xk為設(shè)備在時(shí)刻t的狀態(tài)向量，u(t)為控制輸入，w(t)為噪聲向量，a為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，b為控制矩陣，表示控制輸入對設(shè)備狀態(tài)的影響。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

52、本發(fā)明中，通過數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并通過數(shù)字孿生模型實(shí)時(shí)反映設(shè)備的狀態(tài)，助力操作人員及時(shí)了解設(shè)備狀況，數(shù)據(jù)分析與處理模塊能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)進(jìn)行深入分析，及早發(fā)現(xiàn)潛在故障，并通過調(diào)整工作手冊內(nèi)容來指導(dǎo)操作人員采取相應(yīng)措施，從而降低故障發(fā)生率，提高設(shè)備的可靠性和安全性。三維可視化與交互模塊將復(fù)雜的數(shù)據(jù)以直觀的三維模型方式呈現(xiàn)，用戶能夠更容易理解設(shè)備操作步驟，并根據(jù)自己的實(shí)際需求獲取即時(shí)反饋，提升操作的準(zhǔn)確性和效率。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障診斷結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整工作手冊內(nèi)容，保證操作人員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)使用的是最新、最相關(guān)的信息，從而優(yōu)化工作流程，減少不必要的時(shí)間浪費(fèi)。