基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统技术方案

本发明专利技术公开了基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统；涉及固态发酵管控技术领域。包括：数据采集单元，对窖池的位置和形状的大小以及每个窖池在固态发酵中的温度、湿度、乙醇含量和二氧化碳浓度进行实时采集并传送至存储单元分类存储；数据处理单元构建窖池内的分布场模型并将建立的各分布场模型实时导入至显示单元；匹配预警单元针对窖池的分布场在当前发酵时序下的实时分布场状态进行异常情况分析预警。通过多种传感器对窖池内的各层级结构进行数据采集，并建立可视化分布场模型，避免整个窖池内对应监测指标单独呈现，而能够在整个空间模型内进行分布模拟展现，从而使生产人员能够更加快捷直观的了解到窖池内的情况。的情况。的情况。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统


[0001]本专利技术涉及固态发酵管控
，具体为基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统。

技术介绍

[0002]随着酒企规模的不断扩大和机械化、自动化水平的不断提高，智能酿造逐渐成为白酒行业改革发展的必然趋势。但酿造工艺多样性、环境复杂性和设备密集性等因素导致酿造装备全面管控较困难。为提升白酒产量，白酒自动化酿造装备的信息化、智能化管理是转型升级必不可少的环节。
[0003]现有技术中的固态发酵一般采用人工巡查点状采样测量的方式对各个窖池进行相关数据(如温度、湿度、二氧化碳含量)的采集，但是采集的数据为点数据且数据之间没有关联性，形成了一座座“信息孤岛”，导致对固态窖池的监测管理不够精细化，且数据支撑不可靠，对白酒生产的指导价值不大。为此，我们提出一种基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统。
[0005]本专利技术所解决的技术问题为：
[0006](1)如何通过多种传感器对窖池内的各层级结构进行数据采集，并建立可视化分布场模型，解决现有的固态发酵技术中无法对整个窖池的各层级结构的数据分布进行整体反映和可视化的问题；
[0007](2)如何通过匹配预警单元在连续发酵时序内的分布场模型的多个层级结构中建立阈值平面，且对应的阈值平面由阈值映射函数进行驱动而实时上下迁移，并将阈值平面内的体积与对应层级结构的体积作比得到正常分布系数，解决现有技术中对单个孤立数据进行比对操作导致警报误触或无法进行整体评估预警的问题；
[0008](3)如何通过对各个窖池的实际分布场模型进行发酵时序进行修正，且将修正的发酵时序代入到阈值映射函数对阈值平面进行修正，解决窖池发酵时序不一致导致的比对误差变大的问题。
[0009]本专利技术可以通过以下技术方案实现：基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统，包括：数据采集单元，对窖池的位置和形状的大小以及每个窖池在固态发酵中的温度、湿度、乙醇含量和二氧化碳浓度进行实时采集并传送至存储单元分类存储；
[0010]数据处理单元构建上述数据在窖池内的分布场模型并将建立的各分布场模型实时导入至显示单元进行观测和展示；
[0011]匹配预警单元针对每个窖池的分布场在当前发酵时序下的实时分布场状态进行异常情况分析预警并将警报信号告知生产人员进行及时补救；
[0012]时序修正单元针对每个窖池在当前时刻的分布场与历史数据下模拟的标准分布
场的时序偏差进行修正，从而为匹配预警单元的分析提供精确的比对数据。
[0013]本专利技术的进一步技术改进在于：数据处理单元构建窖池内温度分布场模型的步骤包括：
[0014]S1：构建出窖池的几何形状边界；
[0015]S2：确定物料的热传导系数、比热容和密度参数；
[0016]S3：将整个窖池分为内含多个平板热源的层级结构；
[0017]S4：根据步骤S1和S2中的对应数据构建导热方程和边界条件函数，从而形成窖池内区域内的导热方程组；
[0018]S5：通过有限元分析方法对窖池边界区域内的温度分布情况进行计算，根据计算结果按照不同色调进行颜色标记，从而形成温度分布场模型。
[0019]本专利技术的进一步技术改进在于：匹配预警单元根据历史数据确定各层级结构内不同种类数据在不同发酵时序内的阈值曲线，并拟合出阈值映射函数，根据不同发酵时序在分布场模型中的各层级结构中上下两个建立阈值平面。
[0020]本专利技术的进一步技术改进在于：匹配预警单元对处于上下两个阈值平面间的分布场部分进行体积计算，并将该体积与对应层级结构的整体体积作比，得到正常分布系数，将正常分布系数与最低分布限值比较，并根据比较结果做出应对措施。
[0021]本专利技术的进一步技术改进在于：当正常分布系数超过最低分布限值时,则判定该层级结构中的对应分布场的数据正常，同时对发生数据奇点的位置数据以及对应分布场数据进行记录并发送至存储单元；当正常分布系数小于最低分布限值时，则判定该层级结构中的对应分布场的数据异常，生成对应的异常警报，并将生成的警报信号通过通信模块发送至生产人员的设备终端。
[0022]本专利技术的进一步技术改进在于：时序修正单元利用相对分布算法确定两个分布场的时间偏移值t，将实际窖池分布场的数据按照发酵时序平移t个时间步长，切当数据平移后的数据方差值小于设定值时，则两个分布场之间的时序差设定为t。
[0023]本专利技术的进一步技术改进在于：时序修正单元将得到的时序差反馈至匹配预警单元中对阈值映射函数中的发酵时序进行修正，从而在实际窖池分布场构建修正后的发酵时序对应的阈值平面。
[0024]本专利技术的进一步技术改进在于：数据处理单元还根据存储模块中记录的在正常分布系数比较中各窖池发生数据奇点的位置数据以及对应分布场数据进行归一化处理，并连同生产人员一起进行相关性分析，从而从大数据处理中寻找窖池内数据奇点发生的共性条件，为后续生产提供指导。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0026]1、通过多种传感器对窖池内的各层级结构进行数据采集，并建立可视化分布场模型，使整个窖池内对应监测指标不是单独呈现，而能够在整个空间模型内进行分布模拟展现，从而使生产人员能够更加快捷直观的了解到窖池内的情况，从而及时进行调整。
[0027]2、通过匹配预警单元在连续发酵时序内的分布场模型的多个层级结构中建立阈值平面，且对应的阈值平面由阈值映射函数进行驱动而实时上下迁移，并将阈值平面内的体积与对应层级结构的体积作比得到正常分布系数，并将正常分布系数与设定值进行比较，根据比较结果生成对应的警报信号，避免了对单个孤立数据进行比对而造成数据处理
量大且容易出现警报误触的现象和无法针对窖池整体监控的问题；
[0028]3、通过对各个窖池的实际分布场模型进行发酵时序进行修正，且将修正的发酵时序代入到阈值映射函数对阈值平面进行修正，避免在比对时采取的标准出现时序误差，使比对结果更加精确化。
附图说明
[0029]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0030]图1为本专利技术的系统流程框图。
具体实施方式
[0031]为更进一步阐述本专利技术为实现预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
[0032]请参阅图1所示，基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统，包括数据采集单元、数据处理单元、匹配预警单元、时序修正单元、存储单元、通信模块和显示单元；
[0033]其中，数据采集单元针对每个窖池的位置和形状大小信息、生产人员信息以及对应窖池在固态发酵过程中的温度、湿度(即水分含量)、乙醇含量以及二氧化碳浓度进行实时数据采集，并将采集的数据经过通信模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统，其特征在于：包括：数据采集单元，对窖池的位置和形状的大小以及每个窖池在固态发酵中的温度、湿度、乙醇含量和二氧化碳浓度进行实时采集并传送至存储单元分类存储；数据处理单元构建上述数据在窖池内的分布场模型并将建立的各分布场模型实时导入至显示单元进行观测和展示；匹配预警单元针对每个窖池的分布场在当前发酵时序下的实时分布场状态进行异常情况分析预警并将警报信号告知生产人员进行及时补救；时序修正单元针对每个窖池在当前时刻的分布场与历史数据下模拟的标准分布场的时序偏差进行修正，从而为匹配预警单元的分析提供精确的比对数据。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统，其特征在于，所述数据处理单元构建窖池内温度分布场模型的步骤包括：S1：构建出窖池的几何形状边界；S2：确定物料的热传导系数、比热容和密度参数；S3：将整个窖池分为内含多个平板热源的层级结构；S4：根据步骤S1和S2中的对应数据构建导热方程和边界条件函数，从而形成窖池内区域内的导热方程组；S5：通过有限元分析方法对窖池边界区域内的温度分布情况进行计算，根据计算结果按照不同色调进行颜色标记，从而形成温度分布场模型。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统，其特征在于，所述匹配预警单元根据历史数据确定各层级结构内不同种类数据在不同发酵时序内的阈值曲线，并拟合出阈值映射函数，根据不同发酵时序在分布场模型中的各层级结构中上下两个建立阈值平面。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的固态窖池全周期监测管理系统，其特征在于，所述匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：