一种基于数字孪生的锂电池生产线故障监控系统及方法与流程

本技术涉及数据处理，尤其涉及一种基于数字孪生的锂电池生产线故障监控系统及方法。

背景技术：

1、数字孪生是一种先进的技术，它通过创建一个与实际物理对象完全对应的虚拟模型，来实现对物理对象的模拟、监控和优化。数字孪生技术在设备生产领域的应用非常广泛，它可以帮助制造商在提高产品质量、降低成本和加快产品上市时间方面取得显著成效。

2、在设备生产领域，数字孪生的背景技术包括但不限于以下几点:

3、1.3d扫描和建模:数字孪生的创建需要对实际设备进行精确的3d扫描，以获取其详细的几何形状和尺寸信息。这些数据可以通过cad(计算机辅助设计)软件进行处理，创建出一个精确的虚拟模型。

4、2.传感器技术:为了实时监控设备的运行状态，需要在设备中安装各种传感器，如温度、压力、振动、声音等传感器。这些传感器可以提供设备运行时的实时数据，用于数字孪生模型的更新和分析。

5、3.大数据分析:数字孪生模型需要大量的数据来进行准确的模拟和预测。通过对这些数据进行深入分析，可以发现设备的性能趋势、潜在问题和优化机会。

6、4.机器学习和人工智能:随着技术的发展，机器学习和人工智能可以帮助数字孪生模型更加准确地预测设备的性能和行为。通过对历史数据的学习，系统可以自动调整和优化设备的运行参数。

7、5.云计算和边缘计算:数字孪生模型的复杂性可能超出了单个组织的计算能力。因此，云计算提供了强大的计算资源，可以用于处理大量数据和进行复杂的模拟。边缘计算则可以在设备本地进行数据处理，减少数据传输的延迟和带宽需求。

8、6.协同工作平台:为了使不同部门和团队之间能够共享数字孪生模型和数据，需要使用协同工作平台。这些平台可以帮助团队成员实时协作，确保信息的一致性和实时性。

9、但是，对于设备生产线，比如锂电池生产线或者其他生产线，数字孪生技术尚未应用。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种基于数字孪生的锂电池生产线故障监控系统及方法，用以将数字孪生技术应用到锂电池生产线，以实现对故障的提前预估。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种基于数字孪生的锂电池生产线故障监控方法，应用电子设备，该方法包括：电子设备获取m条锂电池生产线的历史状态信息，其中，m为大于1的整数，历史状态信息包括每条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态以及锂电池产品的历史生产状态；电子设备将历史状态信息输入到锂电池生产线的数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线各自在将来的运行情况，得到模拟结果，其中，模拟结果用于指示m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性。

4、可选地，针对m条锂电池生产线中的第k条锂电池生产线的历史状态信息，k为遍历1至m的整数，第k条锂电池生产线的历史状态信息包括第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态，以及第k条锂电池生产线中锂电池产品的历史生产状态；第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态用于表示该锂电池生产设备在历史时间段中的状态变化；第k条锂电池生产线中锂电池产品的历史生产状态用于表示该锂电池产品在历史时间段中的数目变化。

5、可选地，历史时间段为距电子设备获取历史状态信息的时长为预设时长的时间段，历史时间段内包含n个历史时刻，n为大于1的整数；在此基础上，第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态包括：第k条锂电池生产线中锂电池生产设备分别在n个历史时刻的能耗，以及第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的各个监测位置分别在n个历史时刻的温度；相应的，第k条锂电池生产线中锂电池产品的历史生产状态包括：第k条锂电池生产线中分别在n个历史时刻待生产的锂电池产品的数目，以及第k条锂电池生产线中分别在n个历史时刻正生产的锂电池产品的数目。

6、可选地，电子设备将历史状态信息输入到锂电池生产线的数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线各自在将来的运行情况，得到模拟结果，包括：电子设备将历史状态信息输入到数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线依赖于历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的m条锂电池生产线在将来的状态信息；电子设备根据m条锂电池生产线在将来的状态信息，确定m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性，即得到模拟结果。

7、可选地，电子设备将历史状态信息输入到数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线依赖于历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的m条锂电池生产线在将来的状态信息，包括：针对m条锂电池生产线中的第i条锂电池生产线，i为取1至m的任一整数，电子设备将第i条锂电池生产线的历史状态信息输入到数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟第i条锂电池生产线依赖于第i条锂电池生产线的历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的第i条锂电池生产线在将来的状态信息；相应的，电子设备根据m条锂电池生产线在将来的状态信息，确定m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性，包括：

8、电子设备根据第i条锂电池生产线在将来的状态信息，确定第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性；

9、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性大于可能性阈值，且m条锂电池生产线中没有除第i条锂电池生产线外任一条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，则电子设备确定模拟结果包含第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性；

10、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性小于或等于可能性阈值，且m条锂电池生产线中没有除第i条锂电池生产线外任一条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，则电子设备确定模拟结果包含第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性；

11、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性大于可能性阈值，且m条锂电池生产线中有第j条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，j为取1至m的任一整数，且j与i不同，则电子设备确定第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，并确定模拟结果包含第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性；

12、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性小于或等于可能性阈值，且m条锂电池生产线中有第j条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，且第j条锂电池生产线在将来发生故障的可能性大于可能性阈值，则电子设备确定第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，并确定模拟结果包含第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性。

13、可选地，第i条锂电池生产线在将来的状态信息包括：第i条锂电池生产线在将来时刻时的能耗，第i条锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度，以及第i条锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目，将来时刻是在电子设备获取历史状态信息之后经过预设时长的时刻；在此基础上，电子设备根据第i条锂电池生产线在将来的状态信息，确定第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性，包括：电子设备基于第i条锂电池生产线在将来时刻时的能耗与可能导致故障的阈值能耗的差值，第i条锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度分别与可能导致故障的阈值温度的差值，以及第i条锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目与可能导致故障的阈值数目的差值，确定第i条锂电池生产线的欧式距离值；电子设备根据第i条锂电池生产线的欧式距离值，确定第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性，其中，第i条锂电池生产线的欧式距离值与第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性正相关。

14、可选地，电子设备确定第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，包括：电子设备在数字孪生模型中将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线融合，得到一条融合的锂电池生产线；电子设备通过数字孪生模型模拟融合的锂电池生产线依赖于第i条锂电池生产线的历史状态信息和第j条锂电池生产线的历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的融合的锂电池生产线在将来的状态信息；电子设备根据融合的锂电池生产线在将来的状态信息，确定融合的锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，融合的锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性即为第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性。

15、可选地，电子设备在数字孪生模型中将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线融合，得到一条融合的锂电池生产线，包括：电子设备在数字孪生模型中将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线的能耗融合，将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线的生产能力融合，以及将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线中每两个位置相同的监测位置融合为一个监测位置，得到融合的锂电池生产线；相应的，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线中锂电池生产设备在每个相同历史时刻的能耗之和被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线中每个相同历史时刻且相同监测位置的温度均值被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线在每个相同历史时刻待生产的锂电池产品的数目之和被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线在每个相同历史时刻正生产的锂电池产品的数目之和被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行。

16、可选地，融合的锂电池生产线在将来的状态信息包括：融合的锂电池生产线在将来时刻时的能耗，融合的锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度，以及融合的锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目，将来时刻是在电子设备获取历史状态信息之后经过预设时长的时刻；在此基础上，电子设备根据融合的锂电池生产线在将来的状态信息，确定融合的锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，包括：电子设备基于融合的锂电池生产线在将来时刻时的能耗与可能导致故障的阈值能耗的差值，融合的锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度分别与可能导致故障的阈值温度的差值，以及融合的锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目与可能导致故障的阈值数目的差值，确定融合的锂电池生产线的欧式距离值；电子设备根据融合的锂电池生产线的欧式距离值，确定融合的锂电池生产线在将来发生故障的可能性，其中，融合的锂电池生产线的欧式距离值与融合的锂电池生产线在将来发生故障的可能性正相关。

17、第二方面，本技术实施例提供了一种基于数字孪生的锂电池生产线故障监控系统，系统应用电子设备，系统被配置为：电子设备获取m条锂电池生产线的历史状态信息，其中，m为大于1的整数，历史状态信息包括每条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态以及锂电池产品的历史生产状态；电子设备将历史状态信息输入到锂电池生产线的数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线各自在将来的运行情况，得到模拟结果，其中，模拟结果用于指示m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性。

18、可选地，针对m条锂电池生产线中的第k条锂电池生产线的历史状态信息，k为遍历1至m的整数，第k条锂电池生产线的历史状态信息包括第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态，以及第k条锂电池生产线中锂电池产品的历史生产状态；第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态用于表示该锂电池生产设备在历史时间段中的状态变化；第k条锂电池生产线中锂电池产品的历史生产状态用于表示该锂电池产品在历史时间段中的数目变化。

19、可选地，历史时间段为距电子设备获取历史状态信息的时长为预设时长的时间段，历史时间段内包含n个历史时刻，n为大于1的整数；在此基础上，第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态包括：第k条锂电池生产线中锂电池生产设备分别在n个历史时刻的能耗，以及第k条锂电池生产线中锂电池生产设备的各个监测位置分别在n个历史时刻的温度；相应的，第k条锂电池生产线中锂电池产品的历史生产状态包括：第k条锂电池生产线中分别在n个历史时刻待生产的锂电池产品的数目，以及第k条锂电池生产线中分别在n个历史时刻正生产的锂电池产品的数目。

20、可选地，电子设备将历史状态信息输入到锂电池生产线的数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线各自在将来的运行情况，得到模拟结果，包括：电子设备将历史状态信息输入到数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线依赖于历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的m条锂电池生产线在将来的状态信息；电子设备根据m条锂电池生产线在将来的状态信息，确定m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性，即得到模拟结果。

21、可选地，电子设备将历史状态信息输入到数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟m条锂电池生产线依赖于历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的m条锂电池生产线在将来的状态信息，包括：针对m条锂电池生产线中的第i条锂电池生产线，i为取1至m的任一整数，电子设备将第i条锂电池生产线的历史状态信息输入到数字孪生模型，以通过数字孪生模型模拟第i条锂电池生产线依赖于第i条锂电池生产线的历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的第i条锂电池生产线在将来的状态信息；相应的，电子设备根据m条锂电池生产线在将来的状态信息，确定m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性，包括：

22、电子设备根据第i条锂电池生产线在将来的状态信息，确定第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性；

23、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性大于可能性阈值，且m条锂电池生产线中没有除第i条锂电池生产线外任一条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，则电子设备确定模拟结果包含第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性；

24、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性小于或等于可能性阈值，且m条锂电池生产线中没有除第i条锂电池生产线外任一条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，则电子设备确定模拟结果包含第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性；

25、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性大于可能性阈值，且m条锂电池生产线中有第j条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，j为取1至m的任一整数，且j与i不同，则电子设备确定第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，并确定模拟结果包含第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性；

26、若第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性小于或等于可能性阈值，且m条锂电池生产线中有第j条锂电池生产线与第i条锂电池生产线之间的耦合因子大于耦合阈值，且第j条锂电池生产线在将来发生故障的可能性大于可能性阈值，则电子设备确定第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，并确定模拟结果包含第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性。

27、可选地，第i条锂电池生产线在将来的状态信息包括：第i条锂电池生产线在将来时刻时的能耗，第i条锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度，以及第i条锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目，将来时刻是在电子设备获取历史状态信息之后经过预设时长的时刻；在此基础上，电子设备根据第i条锂电池生产线在将来的状态信息，确定第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性，包括：电子设备基于第i条锂电池生产线在将来时刻时的能耗与可能导致故障的阈值能耗的差值，第i条锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度分别与可能导致故障的阈值温度的差值，以及第i条锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目与可能导致故障的阈值数目的差值，确定第i条锂电池生产线的欧式距离值；电子设备根据第i条锂电池生产线的欧式距离值，确定第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性，其中，第i条锂电池生产线的欧式距离值与第i条锂电池生产线在将来发生故障的可能性正相关。

28、可选地，电子设备确定第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，包括：电子设备在数字孪生模型中将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线融合，得到一条融合的锂电池生产线；电子设备通过数字孪生模型模拟融合的锂电池生产线依赖于第i条锂电池生产线的历史状态信息和第j条锂电池生产线的历史状态信息运行，得到数字孪生模型输出的融合的锂电池生产线在将来的状态信息；电子设备根据融合的锂电池生产线在将来的状态信息，确定融合的锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，融合的锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性即为第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性。

29、可选地，电子设备在数字孪生模型中将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线融合，得到一条融合的锂电池生产线，包括：电子设备在数字孪生模型中将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线的能耗融合，将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线的生产能力融合，以及将第i条锂电池生产线和第j条锂电池生产线中每两个位置相同的监测位置融合为一个监测位置，得到融合的锂电池生产线；相应的，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线中锂电池生产设备在每个相同历史时刻的能耗之和被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线中每个相同历史时刻且相同监测位置的温度均值被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线在每个相同历史时刻待生产的锂电池产品的数目之和被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行，第i条锂电池生产线与第j条锂电池生产线在每个相同历史时刻正生产的锂电池产品的数目之和被作为对应的一个参数用于模拟融合的锂电池生产线的运行。

30、可选地，融合的锂电池生产线在将来的状态信息包括：融合的锂电池生产线在将来时刻时的能耗，融合的锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度，以及融合的锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目，将来时刻是在电子设备获取历史状态信息之后经过预设时长的时刻；在此基础上，电子设备根据融合的锂电池生产线在将来的状态信息，确定融合的锂电池生产线在将来联合发生故障的可能性，包括：电子设备基于融合的锂电池生产线在将来时刻时的能耗与可能导致故障的阈值能耗的差值，融合的锂电池生产线的各个监测位置在将来时刻时的温度分别与可能导致故障的阈值温度的差值，以及融合的锂电池生产线在将来时刻时正生产的锂电池产品的数目与可能导致故障的阈值数目的差值，确定融合的锂电池生产线的欧式距离值；电子设备根据融合的锂电池生产线的欧式距离值，确定融合的锂电池生产线在将来发生故障的可能性，其中，融合的锂电池生产线的欧式距离值与融合的锂电池生产线在将来发生故障的可能性正相关。

31、第三方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，当所述程序代码被所述计算机运行时，执行如第一方面所述的方法。

32、综上，上述方法及装置具有如下技术效果：

33、通过将实际中m条锂电池生产线的历史状态信息，如每条锂电池生产线中锂电池生产设备的历史工作状态以及锂电池产品的历史生产状态，输入到锂电池生产线的数字孪生模型，模拟m条锂电池生产线各自在将来的运行情况，以模拟得到m条锂电池生产线各自在将来发生故障的可能性，从而实现了对故障的提前预估。