面向工业4.0的虚拟仿真系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向工业4.0的虚拟仿真系统，包括试验台单元、传感器单元、数据采集单元、DB Server服务单元以及WEB Server服务单元；其中，所述试验台单元，用于实验场景的模拟与操作，进行多功能的实验技能培训；所述传感器单元，用于对实验场景中实验信号的拾取和识别生成实验信号模拟信号；所述数据采集单元，用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号；所述DB Server服务单元，用于对采集的实验信号数字信号进行组织与管理。本发明专利技术能够通过仿真实验分析如何布局传感器并对布局进行优化，对不同的采集参量布置相应的传感器，开发数据采集卡，实现传感器与PC服务器的通信与交互。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟仿真实验教学与实训领域，具体地，涉及一种面向工业4.0的虚拟仿真系统及方法。
技术介绍
虚拟仿真技术是利用虚拟的系统来模拟一个真实的系统，广泛应用于产品设计、故障诊断等领域。但是由于实验室建设经费的限制，目前实验室已有设备往往无法有效满足大量的实验教学任务，同时真实的系统已不能满足实验教学的要求且实训成本高，而面向工业4.0的虚拟仿真实验平台通过整合实验室已有设备资源，更大限度的挖掘现有实验设备的潜能，拓宽其使用范围，从而满足实验教学的要求，能够培养学生自主学习的能力和创新能力。而面向工业4.0的虚拟仿真实验系统的研制和开发是围绕工业4.0虚拟仿真实验教学课程要求而建设的，同时涉及多门课程的实践教学。最近工业4.0这一概念十分火热，但很多学生只是了解少许工业4.0的概念，对于工业4.0虚拟仿真相关的教学实践却知之甚少，目前学院还没有形成与工业4.0虚拟仿真实验教学课程相关的跨课程跨学科的设计性和综合性实验平台，导致学生缺乏直观的对工业4.0虚拟仿真的硬件设计、软件开发、系统架构的建设与应用知识的系统性掌握。为了完善关于工业4.0仿真实验教学相关设备和辅助设施基础条件，有必要开展面向工业4.0的虚拟仿真实验平台的建设。面向工业4.0的虚拟仿真实验系统平台建设与应用，可使故障诊断实验教学既能与理论教学的课程体系相匹配，又能突出实验所涉及相关课程交叉的特色、让学生掌握汽车状态实时监测与故障诊断技术的前沿，同时得到机械、电子、测控、数据库管理、程序开发、WebServer等多方面的培养，并具有较强的动手能力及分析问题和解决问题的能力。专利技术内容针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种面向工业4.0的虚拟仿真系统。根据本专利技术提供的面向工业4.0的虚拟仿真系统，包括试验台单元、传感器单元、数据采集单元、DBServer服务单元以及WEBServer服务单元；其中，所述试验台单元，用于实验场景的模拟与操作，进行多功能的实验技能培训；所述传感器单元，用于对实验场景中实验信号的拾取和识别生成实验信号模拟信号；所述数据采集单元，用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号；所述DBServer服务单元，用于对采集的实验信号数字信号进行组织与管理；所述WEBServer服务单元，用于查询已有数据库中的数据与知识，对实时采集的实验信号数字信号进行处理，得到检测与诊断结果。优选地，所述试验台单元包括：减速器试验台、发动机试验台和小赛车试验台中的任一种或任多种。优选地，所述传感器单元包括：加速度传感器、速度传感器、位移传感器、温度传感器或噪声传感器中的任一种或任多种。优选地，所述数据采集单元包括数据信号放大器和数据采集卡；所述数据采集卡用于采集由传感器单元输出的实验信号模拟信号；所述数据信号放大器用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号。优选地，所述DBServer服务单元采用SQLServer数据库和/或Oracle数据库对采集的实验信号数字信号进行组织与管理。优选地，所述WEBServer服务单元采用Eclipse平台和/或.NET平台，根据数据库中的数据与知识，对实时采集的数据进行处理，得到检测与诊断结果。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术能够通过仿真实验分析如何布局传感器并对布局进行优化，对不同的采集参量布置相应的传感器，开发数据采集卡，实现传感器与PC服务器(DBServer)的通信与交互；2、本专利技术也可以更大限度的挖掘现有实验设备的潜能，拓宽其使用范围，从而满足实验教学的要求。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术试验台单元的模型图；图2为本专利技术的布局示意图；图3为本专利技术的架构示意图。图中：1为试验台单元；2为传感器单元；3为数据采集单元；4为DBServer服务单元；5为WEBServer服务单元；6为减速器试验台；7为发动机试验台；8为小赛车试验台；9为数据信号放大器；10为数据采集卡。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本实施例中，本专利技术提供的面向工业4.0的虚拟仿真系统，包括试验台单元1、传感器单元2、数据采集单元3、DBServer服务单元4以及WEBServer服务单元5；其中，所述试验台单元1，用于实验场景的模拟与操作，进行多功能的实验技能培训；所述传感器单元2，用于对实验场景中实验信号的拾取和识别生成实验信号模拟信号；所述数据采集单元3，用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号；所述DBServer服务单元4，用于对采集的实验信号数字信号进行组织与管理；所述WEBServer服务单元5，用于查询已有数据库中的数据与知识，对实时采集的实验信号数字信号进行处理，得到检测与诊断结果。所述试验台单元1包括：减速器试验台6，发动机试验台7和小赛车试验台8中的任一种或任多种。所述传感器单元2包括：加速度传感器、速度传感器、位移传感器、温度传感器或噪声传感器中的任一种或任多种。所述数据采集单元3包括数据信号放大器9和数据采集卡10；所述数据采集卡10用于采集由传感器单元2输出的实验信号模拟信号；所述数据信号放大器9用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号。然后输入故障检测与诊断系统中利用嵌入式系统技术进行处理。所述DBServer服务单元4采用SQLServer数据库和/或Oracle数据库对采集的实验信号数字信号进行组织与管理。所述WEBServer服务单元5采用Eclipse平台和/或.NET平台，根据数据库中的数据与知识，对实时采集的数据进行处理，得到检测与诊断结果。在本实施例中，如图1、图3所示，所述试验平台以多种试验台为中心，支持设备故障信号数据采集、设备故障振动Matlab仿真、旋转机械部件固有频率计算与分析、数据库设计与操作、Web应用程序开发、远程状态监测与故障诊断系统应用等环节，从而满足多学科多课程的实验教学需要，如：传感器技术、数据通讯技术、数据库设计技术与故障诊断技术等课程。所述虚拟仿真系统应用于培养学生的创新能力和实践能力，把综合创新性实验与传统单一性实验相结合，并以设计性、综合性和创新性融为一体的实验为主，注重基础训练和能力培养的结合。在虚拟仿真试验教学过程中以学生为主，指导教师为辅；教师只提出实验项目(包括目的、意义、原理、方法等)和研究的问题，由学生自己查阅资料、设计实验方案、步骤、选择实验仪器和设备，经教师审阅并修订后进行实验。所述的面向工业4.0的虚拟仿真系统可进行如下几种实验教学：实验一：传感器技术的应用：分析如何布局传感器并对布局进行优化，对不同的采集参量布置相应的传感器，开发数据采集卡，实现传感器与PC服务器(DBServer)的通信与交互；实验二：状态与故障数据库的设计与操作：利用实验室的DBServer数据库，学生通过数据库的结构分析和SQL语言操作，掌握数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向工业4.0的虚拟仿真系统，其特征在于，包括试验台单元(1)、传感器单元(2)、数据采集单元(3)、DB Server服务单元(4)以及WEB Server服务单元(5)；其中，所述试验台单元(1)，用于实验场景的模拟与操作，进行多功能的实验技能培训；所述传感器单元(2)，用于对实验场景中实验信号的拾取和识别生成实验信号模拟信号；所述数据采集单元(3)，用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号；所述DB Server服务单元(4)，用于对采集的实验信号数字信号进行组织与管理；所述WEB Server服务单元(5)，用于查询已有数据库中的数据与知识，对实时采集的实验信号数字信号进行处理，得到检测与诊断结果。

【技术特征摘要】
1.一种面向工业4.0的虚拟仿真系统，其特征在于，包括试验台单元(1)、传感器单元(2)、数据采集单元(3)、DBServer服务单元(4)以及WEBServer服务单元(5)；其中，所述试验台单元(1)，用于实验场景的模拟与操作，进行多功能的实验技能培训；所述传感器单元(2)，用于对实验场景中实验信号的拾取和识别生成实验信号模拟信号；所述数据采集单元(3)，用于将实验信号模拟信号进行放大，并转换为实验信号数字信号；所述DBServer服务单元(4)，用于对采集的实验信号数字信号进行组织与管理；所述WEBServer服务单元(5)，用于查询已有数据库中的数据与知识，对实时采集的实验信号数字信号进行处理，得到检测与诊断结果。2.根据权利要求1所述的面向工业4.0的虚拟仿真系统，其特征在于，所述试验台单元(1)包括：减速器试验台(6)，发动机试验台(7)和小赛车试验台(8)中的任一种或任多种。3.根据权利要求1所述的面向工业4....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江山，陈明，刘晋飞，
申请(专利权)人：上海犀浦智能系统有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31