[發(fā)明專利]一種基于發(fā)布/訂閱模式的數(shù)字孿生虛實同步運行方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010431518.6
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111716353B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周光輝;李涵;張超;張克捷
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于發(fā)布/訂閱模式的數(shù)字孿生虛實同步運行方法，建立設(shè)備的OPC UA信息模型；生成OPC Server，并調(diào)用相應(yīng)的OPC Client解析設(shè)備的傳輸協(xié)議與數(shù)據(jù)格式，統(tǒng)一為OPC UA協(xié)議與OPC Binary/XML的數(shù)據(jù)格式；然后建立設(shè)備的數(shù)字孿生模型，配置虛實設(shè)備單的協(xié)變數(shù)據(jù)結(jié)點；監(jiān)聽節(jié)點變化并調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，將數(shù)據(jù)發(fā)布至數(shù)據(jù)中間件，由孿生模型中對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)點訂閱數(shù)據(jù)，實現(xiàn)虛實設(shè)備的同步運行。本發(fā)明基于的發(fā)布訂閱模式實現(xiàn)，耦合性低，節(jié)省了大量的I/O操作，數(shù)據(jù)實時性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能制造與數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于發(fā)布/訂閱模式的數(shù)字孿生虛實同步運行方法。

背景技術(shù)

數(shù)字孿生技術(shù)是智能制造領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，主要用于實現(xiàn)制造物理世界與信息世界的交互與共融，在航空航天、汽車制造、仿真測試等場景有著重要的作用。數(shù)字孿生技術(shù)有以下幾個方面的應(yīng)用需求：

(1)數(shù)字孿生體的建模；

(2)物理世界與信息世界的融合；

(3)物理世界與虛擬世界的同步運行；

(4)基于信息物理融合的服務(wù)應(yīng)用。

目前大多數(shù)研究將數(shù)字孿生作為一個提供運行與仿真的平臺，而實現(xiàn)仿真的方式主要是先驗式的，即在運行前對產(chǎn)品進行先驗仿真進行效果評估，而缺少基于實時信息的決策方式。同時，基于設(shè)備的運動仿真多為基于歷史數(shù)據(jù)的仿真，而基于實時數(shù)據(jù)的仿真目前較少。其關(guān)鍵在于沒有實現(xiàn)孿生模型與物理設(shè)備之間的虛實同步。

而實現(xiàn)物理設(shè)備與孿生模型的虛實同步主要有以下方面的困難：

(1)設(shè)備由于生產(chǎn)廠商，數(shù)據(jù)傳輸標準等不同，會使用不同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同時定義不同的數(shù)據(jù)格式用于傳輸，導(dǎo)致傳輸協(xié)議的復(fù)雜化，傳輸數(shù)據(jù)的異構(gòu)化，從而使多物理設(shè)備的數(shù)據(jù)集成愈發(fā)困難；

(2)由于需要建立物理設(shè)備與孿生模型的同步運行，必須保證數(shù)據(jù)的實時性，而其中需要產(chǎn)生大量的IO操作，而采用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，則會降低數(shù)據(jù)的實時性；

(3)缺少一個可靠的信息模型，實現(xiàn)孿生模型與物理設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)點映射。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于發(fā)布/訂閱模式的數(shù)字孿生虛實同步運行方法，實現(xiàn)孿生模型與物理設(shè)備之間的數(shù)據(jù)互通與同步運行。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于發(fā)布/訂閱模式的數(shù)字孿生虛實同步運行方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)物理設(shè)備的工程參數(shù)、當(dāng)前工況以及虛實結(jié)點映射關(guān)系建立OPC UA信息模型；

S2、基于步驟S1中的信息模型，使用opcua-modeler將設(shè)備信息模型導(dǎo)出為XML文件，解析XML文件，反序列化生成結(jié)點集，生成一個OPC UA地址空間以集成數(shù)據(jù)結(jié)點；

S3、啟動Web應(yīng)用，生成OPC Client實例，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀、寫與發(fā)布/訂閱功能；

S4、定義數(shù)據(jù)協(xié)議標準化模塊，實現(xiàn)設(shè)備傳輸協(xié)議到OPC UA的轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境中的多協(xié)議解析與多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的標準化；

S5、基于物理設(shè)備的運動特征與尺寸外形，建立其對應(yīng)的數(shù)字孿生體，以映射物理設(shè)備的運動軌跡和內(nèi)部機理；

S6、基于一個數(shù)據(jù)中間件Redis，建立物理設(shè)備和孿生模型的數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)；

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Redis中間件定義物理模型與孿生模型的協(xié)變數(shù)據(jù)結(jié)點；