本发明涉及三维建模，具体地，涉及一种面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法和系统。
背景技术：
1、三维建模是工业三维数字孪生仿真中的基础步骤，用来给后续的数字孪生工作提供基础模型部件与可视化的载体。目前在工业机械设备的建模工作中，使用的方式是人工手动对照cad设计图进行建模，这种方式建模容易出现误差和结构错误，本发明提供一种通过三维重建技术根据cad三视图生成三维几何虚拟模型，再通过计算搭建好的模型与三维重建的虚拟模型各个顶点的坐标数值差进行修改的方法，可以把人工手动建模的误差降到最低，并且修正其中结构的不合理性。
2、目前工业数字孪生中三维机械模型涉及到可运动的需求，需要机械结构的运行可视化，本发明提供一种通过cad驱动参数进行机械运动与动力学仿真的方法，可以计算该工业设备模型的机械结构运动方式并将其可视化。
3、目前在工业机械设备的建模工作中使用的建模方式容易在模型上出现误差和结构错误，本发明提供一种模型检查和修改方法，可以解决人工手动建模的误差，并且修正结构的不合理。
4、专利文献cn115661426a公开了一种基于三维引擎的模型修改方法、装置、设备及介质，包括：接收全部待处理模型，并从全部所述待处理模型中确定目标模型；通过预设模型处理方法判断所述目标模型对应的待处理模型类型，并基于所述待处理模型类型确定目标模型处理方法；利用所述目标模型处理方法修改所述目标模型，并将得到的修改后模型输出。然而该专利受到预设类型的限制，需要修正的模型的特殊问题可能得不到解决；通过预设类型去修正错误模型，对于工业设备模型来说，结构的合理性与准确性不能通过这种方式检测并修改。
5、文献《基于构造立体几何(csg)法的三维重建技术的研究》通过识别和处理cad设计图三视图，分析需要重建的三维模型构造，将三维模型视作三维模型基体的组合，识别基体类型，并通过确认重心和三视图形状创建基体，创建的基体类型分为实体与虚体，根据三视图组合实体，对虚体和实体进行布尔运算，删除参与布尔计算后得到的实体部分，最终得到三维模型。然而通过这种方法搭建的三维模型不能直接在引擎中参与数字孪生可视化流程，并且没有顶点信息，不能与三维建模软件中搭建的三维模型进行匹配对比和分析。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法和系统。
2、根据本发明提供的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法，包括：
3、模型检查步骤：接收待运行设备模型部件设计三视图与三维模型部件，对模型部件进行三维重建，计算模型部件顶点空间坐标与三维重建虚拟模型顶点的空间坐标，将模型部件与三维重建虚拟模型进行顶点匹配分析，根据模型部件顶点坐标与三维重建虚拟模型顶点坐标的差值对未检验合格模型部件进行顶点修改，得到正确模型部件；
4、运行模拟步骤：接收正确模型部件，输入模型参数，定义物理属性，添加驱动力参数，在运行模拟平台中进行运动仿真分析，得到运动仿真结果，输出运动方式。
5、优选地，所述模型检查步骤包括：
6、三维重建步骤：分析三视图中顶点的位置，计算得到该顶点在三维立体空间中的坐标信息(x,y,z)，根据每个顶点的空间坐标，得到构成三维模型部件的点的集合；将面结合三视图和顶点类型转换成平面或者曲面，得到构成三维模型部件的面集合，将点集合与面集合进行合成，得到三维重建的模型部件虚拟模型；
7、匹配分析步骤：根据设备模型部件参数信息与三维重建虚拟模型的顶点坐标信息(x,y,z)，计算得到设备三维模型部件的棱角顶点的坐标(x1,y1,z1)，分析(x,y,z)与(x1,y1,z1)坐标是否匹配；根据两个相邻棱角顶点的坐标计算在这两个相邻棱角顶点坐标中的非棱角顶点位置与坐标，并且将此非棱角顶点初始坐标标为(x2,y2,z2)；
8、模型修改步骤：将匹配分析步骤中输出的未检验合格设备模型部件的棱角顶点坐标值与三维重建虚拟模型坐标值进行差值计算，根据计算结果进行顶点位置修改；根据修改后的棱角顶点坐标计算在它们之间的非棱角顶点的理论坐标，标为(x2′,y2′,z2′)，根据非棱角顶点的初始坐标值与理论坐标值计算差值，进行顶点位置修改。
9、优选地，分析(x,y,z)与(x1,y1,z1)坐标是否匹配之后，将三维模型部件棱角顶点坐标(x1,y1,z1)与三维重建虚拟模型的顶点坐标(x,y,z)进行各坐标值的差值计算，当差值为负时，将棱角顶点朝坐标轴的正方向移动差值单位，反之则朝坐标轴的负方向移动差值单位。
10、优选地，所述运行模拟步骤包括：
11、将第一次检验合格的正确模型部件与修改后的正确模型部件导入到运动仿真模拟平台中，定义导入模型部件的材料属性，并依次输入各材料属性；
12、对模型部件进行前处理，包括：用刚体误差法对模型部件进行检查，对模型部件施加对应的约束与载荷，对模型进行网格划分，进行结构静力分析求解和模态分析求解；
13、将模型部件简化为装配体模型，删除非主体部件，并且将主体部件简化为对应的几何体模型；定义运动副、定义重力、定义接触；进行运动仿真，首先添加一个驱动力，设置驱动力和仿真参数，启动运动仿真；
14、运动仿真结束后，根据cad软件的可视化数据分析和工具，结合曲线图或表格方式对运动仿真结果进行分析和验证。
15、优选地，刚体误差法原理是通过应力计算进行静力学检查，检查结构中是否存在不合理装配的作用力；
16、施加的约束与载荷包括：为模型部件的支撑架施加固定约束；为轴芯部位施加固定旋转约束；为轴面施加圆柱面约束，并设置其切向为free状态；为带钢施加位移约束；为轴体施加转矩载荷，给定转矩和方向；为轴芯施加轴承载荷；其中，施加的载荷直接影响结构静力分析求解中变形量和等效应力的计算结果，而约束通过影响结构的刚度和质量分布从而导致模态分析求解中固有频率和振型的变化；
17、结构静力分析求解中，需要计算零件的变形量和等效应力，针对轴向变形，变形量的计算公式为：
18、
19、其中，△l为变形量，△f为受力，e为弹性模量，l为杆件长度；
20、等效应力的计算公式为：
21、
22、其中，σeq为等效应力，p为施加的载荷，a为横截面积，n为安全系数；
23、模态分析求解中，需要对固有频率及其振型求解，通过以下无阻尼模态分析中没有外力作用的控制方程式计算：
24、[m]{u″}+[k]{u}＝0
25、其中，[m]为结构质量矩阵，[k]为结构刚度矩阵，{u}为节点位移向量，{u″}为节点加速度向量。
26、根据本发明提供的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟系统，包括：
27、模型检查模块：接收待运行设备模型部件设计三视图与三维模型部件，对模型部件进行三维重建，计算模型部件顶点空间坐标与三维重建虚拟模型顶点的空间坐标，将模型部件与三维重建虚拟模型进行顶点匹配分析，根据模型部件顶点坐标与三维重建虚拟模型顶点坐标的差值对未检验合格模型部件进行顶点修改，得到正确模型部件；
28、运行模拟模块：接收正确模型部件，输入模型参数，定义物理属性，添加驱动力参数，在运行模拟平台中进行运动仿真分析，得到运动仿真结果，输出运动方式。
29、优选地，所述模型检查模块包括：
30、三维重建模块：分析三视图中顶点的位置，计算得到该顶点在三维立体空间中的坐标信息(x,y,z)，根据每个顶点的空间坐标，得到构成三维模型部件的点的集合；将面结合三视图和顶点类型转换成平面或者曲面，得到构成三维模型部件的面集合，将点集合与面集合进行合成，得到三维重建的模型部件虚拟模型；
31、匹配分析模块：根据设备模型部件参数信息与三维重建虚拟模型的顶点坐标信息(x,y,z)，计算得到设备三维模型部件的棱角顶点的坐标(x1,y1,z1)，分析(x,y,z)与(x1,y1,z1)坐标是否匹配；根据两个相邻棱角顶点的坐标计算在这两个相邻棱角顶点坐标中的非棱角顶点位置与坐标，并且将此非棱角顶点初始坐标标为(x2,y2,z2)；
32、模型修改模块：将匹配分析模块中输出的未检验合格设备模型部件的棱角顶点坐标值与三维重建虚拟模型坐标值进行差值计算，根据计算结果进行顶点位置修改；根据修改后的棱角顶点坐标计算在它们之间的非棱角顶点的理论坐标，标为(x2′,y2′,z2′)，根据非棱角顶点的初始坐标值与理论坐标值计算差值，进行顶点位置修改。
33、优选地，分析(x,y,z)与(x1,y1,z1)坐标是否匹配之后，将三维模型部件棱角顶点坐标(x1,y1,z1)与三维重建虚拟模型的顶点坐标(x,y,z)进行各坐标值的差值计算，当差值为负时，将棱角顶点朝坐标轴的正方向移动差值单位，反之则朝坐标轴的负方向移动差值单位。
34、优选地，所述运行模拟模块包括：
35、将第一次检验合格的正确模型部件与修改后的正确模型部件导入到运动仿真模拟平台中，定义导入模型部件的材料属性，并依次输入各材料属性；
36、对模型部件进行前处理，包括：用刚体误差法对模型部件进行检查，对模型部件施加对应的约束与载荷，对模型进行网格划分，进行结构静力分析求解和模态分析求解；
37、将模型部件简化为装配体模型，删除非主体部件，并且将主体部件简化为对应的几何体模型；定义运动副、定义重力、定义接触；进行运动仿真，首先添加一个驱动力，设置驱动力和仿真参数，启动运动仿真；
38、运动仿真结束后，根据cad软件的可视化数据分析和工具，结合曲线图或表格方式对运动仿真结果进行分析和验证。
39、优选地，刚体误差法原理是通过应力计算进行静力学检查，检查结构中是否存在不合理装配的作用力；
40、施加的约束与载荷包括：为模型部件的支撑架施加固定约束；为轴芯部位施加固定旋转约束；为轴面施加圆柱面约束，并设置其切向为free状态；为带钢施加位移约束；为轴体施加转矩载荷，给定转矩和方向；为轴芯施加轴承载荷；其中，施加的载荷直接影响结构静力分析求解中变形量和等效应力的计算结果，而约束通过影响结构的刚度和质量分布从而导致模态分析求解中固有频率和振型的变化；
41、结构静力分析求解中，需要计算零件的变形量和等效应力，针对轴向变形，变形量的计算公式为：
42、
43、其中，△l为变形量，△f为受力，e为弹性模量，l为杆件长度；
44、等效应力的计算公式为：
45、
46、其中，σeq为等效应力，p为施加的载荷，a为横截面积，n为安全系数；
47、模态分析求解中，需要对固有频率及其振型求解，通过以下无阻尼模态分析中没有外力作用的控制方程式计算：
48、[m]{u″}+[k]{u}＝0
49、其中，[m]为结构质量矩阵，[k]为结构刚度矩阵，{u}为节点位移向量，{u″}为节点加速度向量。
50、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
51、(1)本发明利用三维重建技术，对制作好的工业设备机械模型进行尺寸形状检查与结构检查，避免人工建模过程中人工读图造成失误和部分机械结构的不合理；
52、(2)本发明利用cad参数化驱动动力学模拟技术，对数字孪生可视化所需的三维机械设备模型中参与运动可视化的规范模型部件进行运动模拟，使数字孪生可视化中的机械设备运行方式合理且标准；
53、(3)本发明提高了工业机械设备模型建模的规范性，节省了数字孪生可视化后期环节中反复对不规范模型修改耗费的人力与时间，并通过运动模拟计算得到的运动方式得到规范的工业机械设备模型运行方式，使数字孪生可视化结果更加可信。
1.一种面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法，其特征在于，所述模型检查步骤包括：
3.根据权利要求2所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法，其特征在于，分析(x,y,z)与(x1,y1,z1)坐标是否匹配之后，将三维模型部件棱角顶点坐标(x1,y1,z1)与三维重建虚拟模型的顶点坐标(x,y,z)进行各坐标值的差值计算，当差值为负时，将棱角顶点朝坐标轴的正方向移动差值单位，反之则朝坐标轴的负方向移动差值单位。
4.根据权利要求1所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法，其特征在于，所述运行模拟步骤包括：
5.根据权利要求4所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟方法，其特征在于，刚体误差法原理是通过应力计算进行静力学检查，检查结构中是否存在不合理装配的作用力；
6.一种面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟系统，其特征在于，所述模型检查模块包括：
8.根据权利要求7所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟系统，其特征在于，分析(x,y,z)与(x1,y1,z1)坐标是否匹配之后，将三维模型部件棱角顶点坐标(x1,y1,z1)与三维重建虚拟模型的顶点坐标(x,y,z)进行各坐标值的差值计算，当差值为负时，将棱角顶点朝坐标轴的正方向移动差值单位，反之则朝坐标轴的负方向移动差值单位。
9.根据权利要求6所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟系统，其特征在于，所述运行模拟模块包括：
10.根据权利要求9所述的面向工业设备的数字孪生三维模型检查及模拟系统，其特征在于，刚体误差法原理是通过应力计算进行静力学检查，检查结构中是否存在不合理装配的作用力；
