(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110338393.7 (22)申请日 2021.03.29 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113033055 A (43)申请公布日 2021.06.25 (73)专利权人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 余永华　欧顺华　刘轩毓　 (74)专利代理 机构 武汉智嘉联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 42231 专利代理师 陈建军 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G01M 15/00(2006.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 110442936 A,2019.1 1.12 CN 110108494 A,2019.08.09 CN 112507452 A,2021.0 3.16 CN 112508373 A,2021.0 3.16 CN 111230887 A,2020.0 6.05 CN 111967189 A,2020.1 1.20 US 20191383 33 A1,2019.0 5.09 欧顺华等.基于缸压的船用柴油机 燃烧闭环 控制策略研究. 《内燃 机工程》 .2020,第41卷(第 06期),第2 9-35页. Yonghua Yu et al. .Fault dia gnosis and isolation for diesel engi ne combusti on chambers based o n autoencoder and bp neural netw ork. 《Lecture N otes in Mechanical Engi neering》 .2020,第1-12页. 审查员 邓迪 (54)发明名称 一种基于数字孪生的船用发动机状态评估 方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于数字孪生的船用发动 机状态评估方法及系统， 该方法包括： 获取船用 发动机的运行参数和环境参数； 根据运行参数和 环境参数， 分别确定工作过程模型、 故障诊断模 型、 结构强度有限元模型； 根据工作过程模型、 故 障诊断模型、 结构强度有限元模 型之间的参数传 递关系， 建立对应的数字孪生模型； 将运行参数 和环境参数作为数字孪生模型的输入， 输出对应 的评估参数； 根据评估参数进行数据处理， 确定 并展示船用发动机的运行状态。 本发 明利用数字 孪生模型的建立， 实现对发动机整机与各工作部 件运行状态的预测和诊断， 从而完成多种信号间 的信息融合、 充分考虑部件之间的耦合关系和进 行更加准确全面的诊断分析。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 113033055 B 2022.07.01 CN 113033055 B 1.一种基于数字 孪生的船用发动机状态评估方法， 其特 征在于， 包括： 获取船用发动机的运行参数和环境 参数； 根据所述运行参数和所述环境参数， 分别确定工作 过程模型、 故障诊断模型、 结构强度 有限元模型； 根据所述工作过程模型、 所述故障诊断模型、 所述结构强度有限元模型之间的参数传 递关系， 建立对应的数字 孪生模型； 将所述运行参数和所述环境参数作为所述数字孪生模型的输入， 输出对应的评估参 数； 根据所述评估参数进行 数据处理， 确定并展示所述船用发动机的运行状态； 其中， 所述将所述运行参数和所述环境参数作为所述数字孪生模型的输入， 输出对应 的评估参数包括： 将所述运行参数、 所述环境参数、 第 一故障参数、 第 一关键部件影响参数作为所述工作 过程模型 的输入， 确定所述工作过程模型 的输出值为缸内热力参数， 并将所述缸内热力参 数传输至所述故障诊断模型， 并将缸内压力和缸内温度作为激励源和边界条件传输至所述 结构强度有限元模型， 其中， 所述缸内压力和所述缸内温度根据所述工作过程模型 的输出 值确定， 所述第一故障参数根据所述故障诊断模型 的输出值确定， 以反馈故障对工作过程 的影响， 所述第一关键部件影响参数根据所述结构强度有限元模型 的输出值确定， 以反馈 关键部件对工作过程的影响； 将所述运行参数、 所述环境参数、 所述缸内热力参数、 第 二关键部件影响参数作为所述 故障诊断模型 的输入， 确定所述故障诊断模型 的输出值为所述第一故障参数、 第二故障参 数， 并将所述第一故障参数传输至所述工作过程模型， 将所述第二故障参数传输至所述结 构强度有限元模型， 其中， 所述第二关键部件影响参数根据所述结构强度有限元模型 的输 出值确定， 以反馈关键 部件可靠性对故障的影响； 将所述运行参数、 所述环境参数、 所述缸内压力、 所述缸内温度、 所述第二故障参数作 为所述结构强度有限元模型的输入， 确定所述结构强度有限元模型的输出值为剩余寿命预 测参数、 可靠性信息参数、 第一关键 部件影响参数、 所述第二关键 部件影响参数； 根据所述工作过程模型的输出值、 所述故障诊断模型的输出值、 所述结构强度有限元 模型的输出值， 确定所述评估参数； 其中， 所述根据 所述工作过程模型的输出值、 所述故障诊断模型的输出值、 所述结构强 度有限元模型的输出值， 确定所述评估参数包括： 根据所述工作过程模型的输出值， 确定所述缸内热力参数； 根据所述故障诊断模型的输出值， 确定故障诊断与预测参数和故障隔离参数； 根据所述结构强度有限元模型的输出值， 确定所述剩余寿命预测参数、 所述可靠性信 息参数、 关键 部件应力状态参数、 关键 部件疲劳强度参数。 2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船用发动机状态评估方法， 其特征在于， 所述 运行参数包括第一运行参数， 所述环境参数包括第一环境参数， 所述工作过程模型 的确定 包括： 将所述第一运行参数、 所述第一环境参数、 第一传递参数和第二传递参数作为所述工 作过程模型的输入参数， 确定所述工作过程模型的输出值；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113033055 B 2其中， 所述第一传递参数的初始值为第一常数， 并根据所述故障诊断模型的输出值进 行更新， 所述第二传递参数 的初始值为第二常数， 并根据所述结构强度有限元模型 的输出 值进行更新。 3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船用发动机状态评估方法， 其特征在于， 所述 运行参数包括第二运行参数， 所述环境参数包括第二环境参数， 所述故障诊断模型 的确定 包括： 将所述第二运行参数、 所述第二环境参数、 第三传递参数和第 四传递参数作为所述故 障诊断模型的输入参数， 确定所述故障诊断模型的输出值； 其中， 所述第三传递参数的初始值为第三常数， 并根据所述工作过程模型的输出值进 行更新， 所述第四传递参数 的初始值为第四常数， 并根据所述结构强度有限元模型 的输出 值进行更新。 4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的船用发动机状态评估方法， 其特征在于， 所述 故障诊断模型通过神经网络训练， 对应的输出值包括故障类型和故障程度。 5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船用发动机状态评估方法， 其特征在于， 所述 运行参数包括第三运行参数， 所述环境参数包括第三环境参数， 所述结构强度有限元模型 的确定包括： 将所述第三运行参数、 所述第三环境参数、 第五传递参数和第六传递参数作为所述结 构强度有限元模型的输入参数， 确定所述结构强度有限元模型的输出值； 其中， 所述第五传递参数的初始值为第五常数， 并根据所述工作过程模型的输出值进 行更新， 所述第六传递参数 的初始值为第六常数， 并根据所述故障诊断模型 的输出值进行 更新。 6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的船用发动机状态评估方法， 根据所述评估参 数进行数据处理， 确定并展示所述船用发动机的运行状态包括： 根据所述评估参数， 进行多种评价操作， 并将所述多种评价操作的结果进行可视化显 示， 其中， 所述多种评价操作的结果包括燃烧状态评价、 故障诊断评价、 故障隔离评价、 关键 部位状态评价、 剩余寿命预测评价、 可靠性评价， 并进行 可视化显示； 根据所述多种评价操作的结果， 确定指导控制优化策略、 指导维修策略， 并进行可视化 显示； 根据所述多种评价操作的结果、 所述指导控制优化策略和所述指导维修策略， 对存储 数据进行 更新， 其中， 所述存 储数据包括历史运行 数据、 设备 出厂信息、 维修数据。 7.一种基于数字孪生的船用发动机状态评估系统， 其特征在于， 包括信息感知与传输 模块、 发动机 孪生模型建立模块以及服 务应用终端模块， 其中： 所述信息感知与传输模块， 用于获取 船用发动机的运行参数和环境 参数； 所述发动机孪生模型建立模块， 用于根据所述运行参数和所述环境参数， 分别确定工 作过程模型、 故障诊断模型、 结构强度有限元模型； 还用于根据所述工作过程模型、 所述故 障诊断模 型、 所述结构强度有限元模型之间的参数传递关系， 建立对应的数字孪生模型； 还 用于将所述运行参数和所述环境参数作为所述数字孪生模型的输入， 输出对应的评估参 数； 所述服务应用终端模块， 用于根据所述评估参数进行数据处理， 确定并展示所述船用权　利　要　求　书 2/3 页