本发明专利技术公开了利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法和系统。包括：基于云的机理模型、数据模型、业务模型数字孪生体建模方法、CPS综合集成管理系统、标准化组态实施工具、边缘硬件网关/适配器、工业场景实例模型库构建和实施应用。本发明专利技术提供的利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合的方法及系统，不仅统一了信息模型规范，提升了工业互联网平台对工业要素管理水平，而且为提供更适用于工业场景需求的数据分析和应用开发服务提供平台，实现了信息世界与物理世界互联互通，为设备间自主通信、自主分析和自主决策提供了必要的支撑环境。撑环境。撑环境。
【技术实现步骤摘要】
利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法和系统
[0001]本专利技术涉及计算机科学与自动化控制
，特别是涉及离散制造企业在工业场景下利用数字孪生体实现信息物理融合的方法及系统。
技术介绍
[0002]随着工业互联网技术受众的扩大以及行业认识的加深，工业互联网平台技术创新持续深化，技术体系从支撑“建平台”走向支持“用平台”。在这一过程中，通过工业模型沉淀和场景化二次开发所带来的平台服务功能提升，成为鲜明的技术发展主线。模型的沉淀、集成与管理成为平台核心能力，信息模型的集成与统一成为提升平台工业要素管理水平的关键，为平台资产、功能提供统一的语义描述；机理模型、数据模型、业务模型快速在平台中沉淀，使平台化提供工业个性服务成为可能。
技术实现思路
[0003]针对现有离散制造企业信息物理不融合的痛点，本专利技术的目的在于提供了一种利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合的方法。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，包括：
[0005]CPS综合集成管理系统构建数字孪生体模型的建模、以及数字孪生体模型的管理，并提供SDK与API供数字孪生体模型上云端；
[0006]组态实施工具从云端下载数字孪生体模型，并根据数字孪生体模型进行可视化工程组态，同时提供行业模板库；
[0007]边缘网关控制器针对不同设备进行数据采集，并针对数字孪生体实现模型的加壳过程。
[0008]对CPS综合集成管理系统的模型管理，包括以下步骤：
[0009]快速模型编辑：对数字孪生体模型进行编辑，对从边缘侧网关加壳后的数字孪生体模型进行解壳操作；
[0010]模型导入与注册：从边缘侧网关加壳后进入CPS综合集成管理系统中的数字孪生体模型进行导入和授权注册；
[0011]跨域索引与模型匹配关系：建立数字孪生体模型间的关系，以实现模型间的跨域索引与匹配；
[0012]服务组合：针对不同的协议，微服务间进行组合协议的配置信息，从而实例化协议微服务提供的连接、断开、数据采集接口；之后根据数字孪生体模型进行数据对象绑定，进行模型解析，接口自动映射操作。
[0013]所述边缘侧网关控制器封装了设备PLC工作状态，外部设备的外部接口触发各种工作状态，然后由边缘网关控制器的控制组件访问各种IO接口；外部设备的主要的工作状态包括：占用、执行模式和执行状态；每种工作状态又拥有多种属性，包括：占用包括空闲、
被占用、优先权、本地化属性。
[0014]对CPS综合集成管理系统的信号处理层进行信息融合，包括以下步骤：
[0015](1)信号处理模型建模：经过数据采集模型上传的数据，首先在信号处理模型中进行注册，然后生成信号处理模型索引；其次，对数据进行服务封装以被云端调用；
[0016](2)信号处理模型实例化：将配置的服务封装实例化，即对配置的参数进行赋值和配置，最终在边缘网关中运行；
[0017]对CPS综合集成管理系统的机理分析层进行信息融合，包括以下步骤：
[0018]对机理分析模型进行注册，并被封装成微服务，上传至逻辑执行层用于进一步的封装；
[0019]组态实施工具通过机理分析模型的导入、解析进行自定义配置，并将机理分析模型下载到边缘控制器中执行，实现按照机理分析模型中的算法对底层设备的控制。
[0020]对CPS综合集成管理系统的逻辑执行层进行信息融合，包括以下步骤：
[0021](1)模型编辑：对逻辑执行层模型进行编辑；
[0022](2)模型注册：将编辑之后的逻辑执行层模型上传至云平台，进行注册；
[0023](3)模型索引/匹配：在云平台通过唯一ID号标识进行区别，同时建立索引，供其他层服务进行调用；
[0024](4)微服务封装及组合：逻辑执行层模型使用微服务形式进行封装，把需要相互调用的其他微服务进行组合封装；
[0025](5)模型导出：通过模型编辑、注册、索引匹配以及微服务化之后的逻辑执行层模型导出，形成可实例化的数字孪生体模型，供组态实施工具下载。
[0026]对CPS综合集成管理系统的实时控制层进行信息融合，包括以下步骤：
[0027]对实时控制的设备进行加载封装操作，创建实时控制层模型，封装的信息包括控制参数和控制协议；
[0028]实时控制层模型创建完成后，注册到含有行业模板库的数字化资产库，供用户访问数字化资产库进行导入和操作。
[0029]对工业互联网平台应用层进行信息融合，包括以下步骤：
[0030]将CPS综合管理系统上传的数字孪生体模型进行编排与管理，供组态实施工具从云端下载服务进行实例化开发；
[0031]通过边缘网关控制器将数字孪生体模型服务注册到云端，然后在云端将数字孪生体模型进行服务编排、定义数据封装、逻辑关联与设备建模操作，形成工业微服务组件库；
[0032]云端将服务存储在其分布式架构的从节点云主机上；组态实施工具从云端下载服务进行实例化开发，即当组态实施工具向云端发起服务请求时，云端从主节点中的服务编排列表查找到数字孪生体模型服务所在的云主机，组态实施工具将其服务进行下载到本地进行开发。
[0033]利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合系统，其特征在于，包括：
[0034]CPS综合集成管理系统，用于构建数字孪生体模型的建模、以及数字孪生体模型的管理，并提供SDK与API供数字孪生体模型上云端；
[0035]组态实施工具，用于从云端下载数字孪生体模型，并根据数字孪生体模型进行可视化工程组态，同时提供行业模板库；
[0036]边缘网关控制器，用于针对不同物理设备进行数据采集，同时针对数字孪生体实现模型的加壳过程。
[0037]所述CPS综合集成管理系统，包括：
[0038]数据采集层，用于从物理单元采集数据，构成数据采集层模型；
[0039]信号处理层，用于将数据采集层模型附加用于信号处理的算法，构成信号处理层模型；
[0040]机理分析层，用于将信号处理层模型附加用于机理分析的算法，构成机理分析层模型；
[0041]逻辑执行层，用于将机理分析层模型附加用于逻辑执行的算法，构成逻辑执行层模型；
[0042]实施控制层，用于对设备进行加载封装，构成实施控制层模型；
[0043]工业互联网平台应用层，用于对数字孪生体模型进行编排与管理；
[0044]数字孪生体模型，包括数据采集层模型、信号处理层模型、机理分析层模型、逻辑执行层模型、实施控制层模型。
[0045]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0046]1.通过机理模型、数据模型、业务模型分析在平台中沉淀的数字孪生体能够将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中，形成可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字镜像；
[0047]2.边缘硬件网关/适配器，能够在完成工本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，其特征在于，包括：CPS综合集成管理系统构建数字孪生体模型的建模、以及数字孪生体模型的管理，并提供SDK与API供数字孪生体模型上云端；组态实施工具从云端下载数字孪生体模型，并根据数字孪生体模型进行可视化工程组态，同时提供行业模板库；边缘网关控制器针对不同设备进行数据采集，并针对数字孪生体实现模型的加壳过程。2.按照权利要求1所述利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，其特征在于，对CPS综合集成管理系统的模型管理，包括以下步骤：快速模型编辑：对数字孪生体模型进行编辑，对从边缘侧网关加壳后的数字孪生体模型进行解壳操作；模型导入与注册：从边缘侧网关加壳后进入CPS综合集成管理系统中的数字孪生体模型进行导入和授权注册；跨域索引与模型匹配关系：建立数字孪生体模型间的关系，以实现模型间的跨域索引与匹配；服务组合：针对不同的协议，微服务间进行组合协议的配置信息，从而实例化协议微服务提供的连接、断开、数据采集接口；之后根据数字孪生体模型进行数据对象绑定，进行模型解析，接口自动映射操作。3.按照权利要求2所述利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，其特征在于，所述边缘侧网关控制器封装了设备PLC工作状态，外部设备的外部接口触发各种工作状态，然后由边缘网关控制器的控制组件访问各种IO接口；外部设备的主要的工作状态包括：占用、执行模式和执行状态；每种工作状态又拥有多种属性，包括：占用包括空闲、被占用、优先权、本地化属性。4.按照权利要求1所述利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，其特征在于，对CPS综合集成管理系统的信号处理层进行信息融合，包括以下步骤：(1)信号处理模型建模：经过数据采集模型上传的数据，首先在信号处理模型中进行注册，然后生成信号处理模型索引；其次，对数据进行服务封装以被云端调用；(2)信号处理模型实例化：将配置的服务封装实例化，即对配置的参数进行赋值和配置，最终在边缘网关中运行。5.按照权利要求1所述利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，其特征在于，对CPS综合集成管理系统的机理分析层进行信息融合，包括以下步骤：对机理分析模型进行注册，并被封装成微服务，上传至逻辑执行层用于进一步的封装；组态实施工具通过机理分析模型的导入、解析进行自定义配置，并将机理分析模型下载到边缘控制器中执行，实现按照机理分析模型中的算法对底层设备的控制。6.按照权利要求1所述利用数字孪生体实现工业场景下信息物理融合方法，其特征在于，对CPS综合集成管理系统的逻辑执行层进行信息融合，包括以下步骤：(1)模型编辑：对逻辑执行层模型进行编辑；(2)模型注册：将编辑之后的逻辑执行层模型上传至云平台，进行注册；(3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，王挺，曾鹏，于海斌，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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