基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及连铸技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法、系统及存储介质。

背景技术

连铸在钢铁厂是一个非常重要的生产环节。所谓连铸，就是把液态钢水浇注成合格的钢坯，并提供给下游的炼钢工序。而连铸结晶器是连铸机中一个强制水冷的无底钢锭模，是连铸机的心脏。连铸结晶器需要在尽可能高的拉速下保证出连铸结晶器时形成足够的坯壳厚度，以抵抗钢水静压力而不拉漏，进而保证连铸机的生产效率；连铸结晶器通过保证周边坯壳厚度能均匀稳定生长；以及连铸结晶器内的钢水一渣相坯壳铜壁之间的相互作用，以保证铸坯的表面质量。

现有技术中通过一些监控系统对连铸结晶器进行运维管理，但是存在的弊端如下：

运维数据以及故障呈现不够直观，难以直观反映出连铸结晶器的实际运行状态。传感器数据、视频监控数据、设备运行状态等，通常是分别显示和存储，信息之间缺乏与实际模型的紧密联系；却反对运维数据的积累数据分析，从而无法对连铸结晶器进行更高效的运维控制。

所以，亟需一种高效的连铸结晶器控制方法。

发明内容

本发明提供一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法、系统及计算机可读存储介质，其主要解决现有技术中的至少一个问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法，应用于电子装置，方法包括：

采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储；

通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型；

根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态；

根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。

进一步，优选的，所述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法包括，

获取所述连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件；其中，所述配置信息包括空间位置信息、名称以及父物体名称；

将所获取的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件分别存储至所述数字孪生模型的模型配置信息库和模型文件库中；

根据所述配置信息，建立连铸结晶器三维模型在所述模型配置信息库中的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；

完成连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型。

进一步，优选的，更新所述数字孪生模型中的连铸结晶器三维模型的方法包括，

遍历所述数字孪生模型的模型配置信息库和模型文件库；

分别获取待更新的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件在模型配置信息库和模型文件库的位置信息；

将更新后的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件分别替代待更新的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件；

完成更新所述数字孪生模型中的连铸结晶器三维模型。

进一步，优选的，所述空间位置信息包括连铸结晶器三维模型相对于父物体的旋转和平移参数。

进一步，优选的，所述运维数据的分析结果包括漏钢预报、结晶器摩擦力计算、表面质量预测以及根据检测铸坯的表面质量和铸坯的宽度和厚度对连铸结晶器的自动调宽和固定辊缝值的调整数据。

一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制系统，包括

采集模块，用于采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储；

调用模块，用于通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型；

运行模块，用于根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态；根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。

为实现上述目的，本发明还提供一种电子装置，该电子装置包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的程序，所述程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法的步骤。

本发明提出的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法、系统、电子装置及计算机可读存储介质，采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储；通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型；根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态；根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。有益效果如下：

利用数字孪生技术对连铸结晶器的运维数据进行获取、整合和分析，并利用导入数字孪生模型连铸结晶器三维模型将分析后的运维数据与直观的三维立体模型相结合呈现，能够更加高效地反映连铸结晶器的实际状况，也能够提高对连铸结晶器的控制效率。通过上述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法以及三维模型调用方式，能够将三维模型与数字孪生开发体系分开。从而不需要在数字孪生软件开发阶段完全绑定三维模型，提高了软件的复用性，以及整个数字孪生软件的维护性。当需要对数字孪生软件中的模型结构或者某个具体模型进行修改时，只需要对相应的模型的“配置信息”以及“三维模型”进行修改或替换即可。

附图说明

图1为本发明的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法较佳实施例的流程图；

图2为本发明的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制系统的逻辑结构示意图；

图3为本发明的电子装置的较佳实施例的结构示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了提高用户编码效率，本发明提供一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法。图1示出了本发明基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法较佳实施例的流程。参照图1所示，该方法可以由一个装置执行，该装置可以由软件和/或硬件实现。

数字孪生(Digital Twin)指的是一种对物理实体、过程和系统的数字化复制。数字模型通过多重手段获取并分析物理模型的实时信息，能够呈现物理模型中的多种要素及整个生命周期中的实时动态运行情况，从而实现系统监控运维、过程和系统优化、事件预测及模拟等功能。

需要说明的是，本发明的一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法，具体地说，所述基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法包括步骤S110-步骤S140。

S110、采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储。具体的说，所述运维数据的分析结果包括漏钢预报、结晶器摩擦力计算、表面质量预测以及根据检测铸坯的表面质量和铸坯的宽度和厚度对连铸结晶器的自动调宽和固定辊缝值的调整数据。

S120、通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型。

具体地说，本发明中的数字孪生模型为应用于整个连铸系统。具体地说，根据连铸所涉及的工艺流程，通过使用大量智能传感器，利用激光视觉、射频识别、激光定位、视频监控等设备和技术，建立连铸区域数字孪生三维模型，实现连铸区域远程可视化和控制精确化，将现场操作室远程统一至连铸智慧集控中心。在进行数字孪生软件开发过程中，软件中需要用的所有的三维模型，均从数字孪生模型中调用。数字孪生模型将每一个三维模型分为了：“配置信息”和“模型文件”，这里的“配置信息”包括但不限于这个三维模型的自身空间位置信息、自身名称、以及父物体名称等相关信息。而“模型文件”指的是这个三维模型的模型文件，是需要被直接导入数字孪生软件使用的模型文件。

在一个具体的实施例中，如果数字孪生相关软件需要应用某个三维模型，则需要在开发阶段直接将三维模型导入数字孪生软件开发平台；并且需要针对数字孪生不同的应用场景，提前确定三维模型的导入内容。而当数字孪生场景中三维模型需要进行新增、更换或删减时，则需要在开发文件中进行修改。具有数字孪生构建繁琐、维护性较差、复用性低等弊端。为了克服上述弊端，实现如步骤120中所述数字孪生模型对连铸结晶器三维模型的调用方法，需要改进所述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法。

具体地说，所述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法包括，S121、获取所述连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件；其中，所述配置信息包括空间位置信息、名称以及父物体名称。具体地说，所述空间位置信息包括连铸结晶器三维模型相对于父物体的旋转和平移参数。S122、将所获取的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件分别存储至所述数字孪生模型的模型配置信息库和模型文件库中。S123、根据所述配置信息，建立连铸结晶器三维模型在所述模型配置信息库中的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系。S124、完成连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型。通过上述将三维模型导入数字孪生开发平台的方法，达到提高数字孪生软件的复用性和可维护性的目的。

更新所述数字孪生模型中的连铸结晶器三维模型的方法包括，S1210、遍历所述数字孪生模型的模型配置信息库和模型文件库；S1220、分别获取待更新的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件在模型配置信息库和模型文件库的位置信息；S1230、将更新后的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件分别替代待更新的连铸结晶器三维模型的配置信息和模型文件；S1240、完成更新所述数字孪生模型中的连铸结晶器三维模型。通过上述改进，使得当需要对整个数字孪生场景中三维模型的部分模型进行修改时，只需要对待修改零件的模型和配置文件进行相关修改即可，不会改变原有的其他模型的装配及显示。对数字孪生软件中的三维模型增加删除及修改不需要对软件进行重构，同时整个三维场景的模型被集中管理。

在具体的实施过程中，将数字孪生软件中的三维模型放在同一文件夹进行管理，实现数字孪生软件对三维模型的动态调用，当需要对数字孪生软件中的三维模型进行更改或替换时，仅需要对应文件夹中的模型和配置文件进行修改，不需要在数字孪生软件的开发环境中进行配置和修改。需要说明的是，这里的连铸结晶器三维模型也可以替换成其他模型，也就是说参照上述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法，也可以实现其他三维模型的导入并实现动态调用。

通过上述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法以及三维模型调用方式，能够将三维模型与数字孪生开发体系分开。从而不需要在数字孪生软件开发阶段完全绑定三维模型，提高了软件的复用性，以及整个数字孪生软件的维护性。当需要对数字孪生软件中的模型结构或者某个具体模型进行修改时，只需要对相应的模型的“配置信息”以及“三维模型”进行修改或替换即可。

S130、根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态。S140、根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。根据数字孪生模型，进行连铸全流程一体化智慧集控，通过连铸生产工艺流程物质流、能量流和信息流的精准管控，以数据打破工艺流程之间的壁垒，促进连铸生产提质增效。

图2为本发明的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制系统的逻辑结构示意图；参照图2所示，

为实现上述目的，本发明提供一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制系统200，包括采集模块210、调用模块220和运行模块230。其中，

采集模块210，用于采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储。

调用模块220，用于通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型。

运行模块230，用于根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态；根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。

综上所述，本发明的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制系统，利用数字孪生技术对连铸结晶器的运维数据进行获取、整合和分析，并利用导入数字孪生模型连铸结晶器三维模型将分析后的运维数据与直观的三维立体模型相结合呈现，能够更加高效地反映连铸结晶器的实际状况，也能够提高对连铸结晶器的控制效率。通过上述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法以及三维模型调用方式，能够将三维模型与数字孪生开发体系分开。从而不需要在数字孪生软件开发阶段完全绑定三维模型，提高了软件的复用性，以及整个数字孪生软件的维护性。当需要对数字孪生软件中的模型结构或者某个具体模型进行修改时，只需要对相应的模型的“配置信息”以及“三维模型”进行修改或替换即可。

本发明提供一种基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法，应用于一种电子装置3。

图3示出了根据本发明基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法较佳实施例的应用环境。

参照图3所示，在本实施例中，电子装置3可以是服务器、智能手机、平板电脑、便携计算机、桌上型计算机等具有运算功能的终端设备。

该电子装置3包括：处理器32、存储器31、通信总线33及网络接口35。

存储器31包括至少一种类型的可读存储介质。所述至少一种类型的可读存储介质可为如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器31等的非易失性存储介质。在一些实施例中，所述可读存储介质可以是所述电子装置3的内部存储单元，例如该电子装置3的硬盘。在另一些实施例中，所述可读存储介质也可以是所述电子装置3的外部存储器31，例如所述电子装置3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。

在本实施例中，所述存储器31的可读存储介质通常用于存储安装于所述电子装置3的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序30等。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

处理器32在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器31中存储的程序代码或处理数据，例如执行基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序30等。

通信总线33用于实现这些组件之间的连接通信。

网络接口34可选地可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)，通常用于在该电子装置3与其他电子设备之间建立通信连接。

图3仅示出了具有组件31-34的电子装置3，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

可选地，该电子装置3还可以包括用户接口，用户接口可以包括输入单元比如键盘(Keyboard)、语音输入装置比如麦克风(microphone)等具有语音识别功能的设备、语音输出装置比如音响、耳机等，可选地用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。

可选地，该电子装置3还可以包括显示器，显示器也可以称为显示屏或显示单元。在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)触摸器等。显示器用于显示在电子装置3中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。

可选地，该电子装置3还可以包括射频(Radio Frequency，RF)电路，传感器、音频电路等等，在此不再赘述。

在图3所示的装置实施例中，作为一种计算机存储介质的存储器31中可以包括操作系统、以及基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序30；处理器32执行存储器31中存储的基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序30时实现如下步骤：采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储；通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型；根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态；根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。

在其他实施例中，基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序30还可以被分割为一个或者多个模块，一个或者多个模块被存储于存储器31中，并由处理器32执行，以完成本发明。本发明所称的模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序程序段。基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序30可以分为包括采集模块，用于采集连铸结晶器运维数据，并对所述连铸结晶器运维数据进行汇集和存储；调用模块，用于通过数字孪生模型对存储的连铸结晶器的运维数据进行分析并调用连铸结晶器三维模型；其中，所述数字孪生模型调用连铸结晶器三维模型的方法包括，遍历所有的三维模型配置信息，并获取连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系；根据所获取的连铸结晶器三维模型的层级结构关系以及连铸结晶器三维模型与其从属模型的相对空间位置姿态关系，确定连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置；根据所述连铸结晶器三维模型在数字孪生模型中的空间位置，调用所述连铸结晶器三维模型；运行模块，用于根据运维数据的分析结果，利用所述连铸结晶器三维模型展示连铸结晶器实际运行状态；根据所述数字孪生模型所展示的连铸结晶器实际运行状态控制连铸结晶器运行。

此外，本发明还提出一种计算机可读存储介质，主要包括存储数据区和存储程序区，其中，存储数据区可存储根据区块链节点的使用所创建的数据等，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序，所述计算机可读存储介质中包括基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序，所述基于数字孪生模型的连铸结晶器控制程序被处理器执行时实现如基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法的操作。

本发明之计算机可读存储介质的具体实施方式与上述基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法、系统、电子装置的具体实施方式大致相同，在此不再赘述。

总的来说，本发明基于数字孪生模型的连铸结晶器控制方法、系统、电子装置及计算机可读存储介质，利用数字孪生技术对连铸结晶器的运维数据进行获取、整合和分析，并利用导入数字孪生模型连铸结晶器三维模型将分析后的运维数据与直观的三维立体模型相结合呈现，能够更加高效地反映连铸结晶器的实际状况，也能够提高对连铸结晶器的控制效率。通过上述连铸结晶器三维模型导入所述数字孪生模型的方法以及三维模型调用方式，能够将三维模型与数字孪生开发体系分开。从而不需要在数字孪生软件开发阶段完全绑定三维模型，提高了软件的复用性，以及整个数字孪生软件的维护性。当需要对数字孪生软件中的模型结构或者某个具体模型进行修改时，只需要对相应的模型的“配置信息”以及“三维模型”进行修改或替换即可。

本发明所指区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链(Blockchain)，本质上是一个去中心化的数据库，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次网络交易的信息，用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。区块链可以包括区块链底层平台、平台产品服务层以及应用服务层等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干程序用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。