[發明專利]一種基于發布/訂閱模式的數字孿生虛實同步運行方法

有效

• 申請號: 202010431518.6
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111716353B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 周光輝;李涵;張超;張克捷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種基于發布/訂閱模式的數字孿生虛實同步運行方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據物理設備的工程參數、當前工況以及虛實結點映射關系建立OPC UA信息模型；

S2、基于步驟S1中的OPC UA信息模型，使用opcua-modeler將OPC UA信息模型導出為XML文件，解析XML文件，反序列化生成結點集，生成一個OPC UA地址空間以集成數據結點；

S3、啟動Web應用，生成OPC Client實例，用于實現數據的讀、寫與發布/訂閱功能；

S4、定義數據協議標準化模塊，實現設備傳輸協議到OPC UA的轉換，統一數據格式，實現生產環境中的多協議解析與多源異構數據的標準化，具體為：

S401、機器臂的內部傳感器與微處理器形成內部系統，采集機器臂的運動節點數據，以以太網的方式向外界傳輸數據；

S402、機器臂以TCP傳輸協議，由上位機發送請求與機器臂內服務器交互獲取數據，數據轉發的格式為JSON；

S403、依據服務請求的不同類別，返回的數據格式包括實時轉動角數據，選擇獲取機器臂6軸的實時轉動角；

S404、解析獲取到的JSON數據，提取6軸的轉動角生數據；

S405、對生數據進行包裝，OPC UA接受Variant類型的實例作為寫入對象，Variant可以將基本類型轉換為OPC UA的內建類型，實現異構數據到OPC Binary的轉換；

S406、調用負責寫入的OPC Client，將采集到的數據寫入OPC Server中對應的數據結點里；

S407、不同結點擁有不同且唯一的NodeId，OPC Client所有的讀寫、發布/訂閱操作都是基于結點特有的NodeId實現的；

S408、調用負責讀取的OPC Client，調用OPC UA定義的讀取服務函數，輸入結點的NodeId，讀取對應的結點數據，OPC UA的數據在程序中以DataValue的形式封裝，調用對應方法獲取其內部的基本類型數據；

S5、基于物理設備的運動特征與尺寸外形，建立其對應的孿生模型，以映射物理設備的運動軌跡和內部機理；

S6、基于一個數據中間件Redis，建立物理設備和孿生模型的數據聯結；

S7、基于步驟S5定義的孿生模型、步驟S1定義的OPC UA信息模型和步驟S6采用的中間件Redis定義物理設備與孿生模型的協變數據結點；

S8、物理設備向Redis發布機器臂轉軸的運動數據，基于發布/訂閱模式，實現物理設備到孿生模型的數據推送，孿生模型根據接收到的訂閱數據，更新運動狀態，實現物理設備與孿生模型的同步運行，具體為：

調用負責發布/訂閱功能的OPC Client，訂閱每一個機器臂的轉軸數據，具體步驟如下：

S801、調用OPC Client的SubscriptionManager創建一個50ms的間隔的訂閱請求，OPCClient間隔50ms發布一次數據，將機器臂的協變數據結點作為發布/訂閱的監聽節點；

S802、當OPC Client將從機器臂中獲取到數據寫入OPC Server，令OPC Server內部存儲的結點數據發生變化時，若數據變動的結點為監聽節點，將變化的數據發布；

S803、監聽的數據結點選擇Axis對象的ActualPosition與ActualSpeed，Axis軸代表機器臂的各個轉軸；

S804、為每一個訂閱操作分配獨占的clientHandle作為訂閱標識；

S805、配置監聽參數；

S806、定義回調函數，回調函數接受OPC UA定義的DataValue作為參數對象，代表OPCUA所發布的數據值，解構DataValue，獲取其基本類型值，將對應的值轉換為字符串類型，調用Jedis庫中的發布方法將字符串數據發布到Redis的對應頻道中；

S807、重復步驟S801~S806，直到完成對于所有監聽結點的發布/訂閱配置。