本发明专利技术公开了一种全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发方法及系统，涉及材料数字化研发和应用技术领域。包括：跨尺度设计单元以及全流程仿真单元；跨尺度设计单元，用于利用大数据、知识库以及材料宏观力学性能模型，设计材料的微观组织及空间分布，进而完成成分和工艺设计；全流程仿真单元，用于根据材料的成分和工艺设计完成材料生产工序全过程的仿真。本发明专利技术结合跨尺度设计的方法对材料进行数字化研发，并且通过全流程仿真系统对所设计产品进行评测优化，有助于解决材料产品性能波动、复杂的产品个性化需求，新品种研发周期长等问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发方法及系统
[0001]本专利技术涉及材料数字化研发和应用
，特别是指一种全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发方法及系统。
技术介绍
[0002]作为流程制造业的重要领域，材料行业面临着提高产品质量和生产效率的重大需求，以及节约资源、降低成本、环境友好等诸多挑战。数据科学和新一代信息通信及人工智能技术作为第四代工业革命的先锋技术，为材料行业带来了新的思路，推动了材料技术的智能化、数字化转型发展。
[0003]其中，钢铁工业为大型复杂流程工业，全流程各工序均为“黑箱”。由原料到产品经过漫长的过程，除了有限的表观参数之外，钢铁生产诸多环节的内部参数无法在线实时测量，实时信息极度缺乏。与此同时，钢材的生产流程长、影响因素多、耦合作用强，性能波动较为明显，而且随着科技的发展，不同领域的客户对钢材性能的需求也有较大差异。另外，新材料的研发通常会采用“大量物理试验+试错法”，导致试验成本高，可追溯性差且研发周期比较长。
[0004]因此，针对以上情况，必须寻找新的智能化的钢材设计方法及仿真模拟系统，以低成本、高效率开发出满足客户需求的产品，最终推进材料科学、技术与生产的进步。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有材料产品性能波动、产品个性化需求增加、新品种研发周期长等问题，提出了本专利技术。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发系统，该系统应用于实现全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发方法，该系统包括跨尺度设计单元以及全流程仿真单元；
[0008]其中：
[0009]跨尺度设计单元，用于利用大数据、知识库以及材料宏观力学性能模型，设计材料的微观组织及空间分布，进而完成材料的成分和工艺设计。
[0010]全流程仿真单元，用于根据材料的成分和工艺设计完成材料生产工序全过程的仿真。
[0011]可选地，材料宏观力学性能模型包括动力学模型、热力学模型以及连续介质模型。
[0012]跨尺度设计单元，进一步用于：
[0013]基于动力学模型以及热力学模型进行材料成分设计，得到所设计材料冶炼过程成分、温度及铸坯微观组织参数。
[0014]基于动力学模型以及连续介质模型进行材料工艺设计，得到所设计材料变形过程及力能参数。
[0015]根据冶炼过程成分、温度及铸坯微观组织参数以及变形过程及力能参数，得到所设计材料的微观组织及空间分布。
[0016]可选地，全流程仿真单元包括材料数据管理模块、设备参数管理模块、仿真任务管理模块、仿真案例管理模块以及外部数据接口管理模块。
[0017]其中：
[0018]材料数据管理模块，用于获取所设计材料的参数以及模型。
[0019]设备参数管理模块，用于监测管理所设计材料的各生产工艺的设备参数。
[0020]仿真任务管理模块，用于通过仿真任务管理模块中的仿真模型、所设计材料的参数、模型以及设备参数，对各生产工艺仿真过程进行模拟，得到仿真结果。
[0021]仿真案例管理模块，用于对仿真结果进行后处理以及历史算例数据统计。
[0022]外部数据接口管理模块，用于获取所设计材料的实际生产过程的检测结果以及数据采集结果，并对仿真模型进行动态调整。
[0023]可选地，材料数据管理模块，进一步用于：
[0024]从热物性参数库和材料本构模型库，获取所设计材料的相关参数与模型。
[0025]可选地，仿真任务管理模块，进一步用于：
[0026]通过仿真模型生成器和模型求解器，基于所设计材料的参数、模型以及设备参数，对各生产工艺仿真过程进行模拟，得到仿真结果。
[0027]可选地，仿真案例管理模块，进一步用于：
[0028]根据后处理算法库和历史算例数据库，对仿真结果进行后处理以及历史算例数据统计。
[0029]可选地，外部数据接口管理模块，进一步用于：
[0030]根据制造执行系统MES获取所设计材料的实际生产过程的检测结果。
[0031]根据数据采集系统获取数据采集结果；其中，数据采集结果包括实际生产过程的历史数据。
[0032]将检测结果以及数据采集结果反馈到全流程仿真单元，并对仿真模型进行动态调整。
[0033]另一方面，本专利技术提供了一种全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发方法，该方法由全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发系统实现，该系统包括跨尺度设计单元以及全流程仿真单元；该方法包括：
[0034]S1、基于跨尺度设计单元，利用大数据、知识库以及材料宏观力学性能模型，设计材料的微观组织及空间分布，进而完成材料的成分和工艺设计。
[0035]S2、基于全流程仿真单元，根据材料的成分和工艺设计完成材料生产工序全过程的仿真。
[0036]可选地，材料宏观力学性能模型包括动力学模型、热力学模型以及连续介质模型。
[0037]跨尺度设计单元，进一步用于：
[0038]基于动力学模型以及热力学模型进行材料成分设计，得到所设计材料冶炼过程成分、温度及铸坯微观组织参数。
[0039]基于动力学模型以及连续介质模型进行材料工艺设计，得到所设计材料变形过程及力能参数。
[0040]根据冶炼过程成分、温度及铸坯微观组织参数以及变形过程及力能参数，得到所设计材料的微观组织及空间分布。
[0041]可选地，全流程仿真单元包括材料数据管理模块、设备参数管理模块、仿真任务管理模块、仿真案例管理模块以及外部数据接口管理模块。
[0042]其中：
[0043]材料数据管理模块，用于获取所设计材料的参数以及模型。
[0044]设备参数管理模块，用于监测管理所设计材料的各生产工艺的设备参数。
[0045]仿真任务管理模块，用于通过仿真任务管理模块中的仿真模型、所设计材料的参数、模型以及设备参数，对各生产工艺仿真过程进行模拟，得到仿真结果。
[0046]仿真案例管理模块，用于对仿真结果进行后处理以及历史算例数据统计。
[0047]外部数据接口管理模块，用于获取所设计材料的实际生产过程的检测结果以及数据采集结果，并对仿真模型进行动态调整。
[0048]可选地，材料数据管理模块，进一步用于：
[0049]从热物性参数库和材料本构模型库，获取所设计材料的相关参数与模型。
[0050]可选地，仿真任务管理模块，进一步用于：
[0051]通过仿真模型生成器和模型求解器，基于所设计材料的参数、模型以及设备参数，对各生产工艺仿真过程进行模拟，得到仿真结果。
[0052]可选地，仿真案例管理模块，进一步用于：
[0053]根据后处理算法库和历史算例数据库，对仿真结果进行后处理以及历史算例数据统计。
[0054]可选地，外部数据接口管理模块，进一步用于：
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全流程仿真和跨尺度设计的数字化研发系统，其特征在于，所述系统包括跨尺度设计单元以及全流程仿真单元；其中：所述跨尺度设计单元，用于利用大数据、知识库以及材料宏观力学性能模型，设计材料的微观组织及空间分布，进而完成材料的成分和工艺设计；所述全流程仿真单元，用于根据材料的成分和工艺设计完成材料生产工序全过程的仿真。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述材料宏观力学性能模型包括动力学模型、热力学模型以及连续介质模型；所述跨尺度设计单元，进一步用于：基于所述动力学模型以及热力学模型进行材料成分设计，得到所设计材料冶炼过程成分、温度及铸坯微观组织参数；基于所述动力学模型以及连续介质模型进行材料工艺设计，得到所设计材料变形过程及力能参数；根据所述冶炼过程成分、温度及铸坯微观组织参数以及变形过程及力能参数，得到所设计材料的微观组织及空间分布。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全流程仿真单元包括材料数据管理模块、设备参数管理模块、仿真任务管理模块、仿真案例管理模块以及外部数据接口管理模块；其中：所述材料数据管理模块，用于获取所设计材料的参数以及模型；所述设备参数管理模块，用于监测管理所设计材料的各生产工艺的设备参数；所述仿真任务管理模块，用于通过所述仿真任务管理模块中的仿真模型、所设计材料的参数、模型以及设备参数，对各生产工艺仿真过程进行模拟，得到仿真结果；所述仿真案例管理模块，用于对所述仿真结果进行后处理以及历史算例数据统计；所述外部数据接口管理模块，用于获取所设计材料的实际生产过程的检测结果以及数据采集结果，并对所述仿真模型进行动态调整。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述材料数据管理模块，进一步用于：从热物性参数库和材料本构模型库，获取所设计材料的相关参数与模型。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述仿真任务管理模块，进一步用于：通过仿真模型生成器和模型求解器，基于所设计材料的参数、模型以及设备参数，对各生产工艺仿真过程进行模拟，得到仿真结果。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述仿真案例管理模块，进一步用于：根据后处理算法库和历史算例数据库，对所述仿真...
【专利技术属性】
技术研发人员：米振莉，宋勇，包燕平，苏岚，张聪，杨永刚，
申请(专利权)人：江苏沙钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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