一种数字孪生工业软件平台makeTwin制造技术

本发明专利技术公开了一种数字孪生工业软件平台makeTwin，包括孪生模型生成器模块，支持数字孪生模型的快速创建与配置；通信连接器模块，支持对物理实体通信协议进行创建与配置；虚实交互配置器模块，支持虚实空间同步与交互；孪生数据处理器模块，支持用户对数据库中的数据进行配置、挖掘分析处理；算法求解器模块，支持用户根据具体求解问题需求，创建、修改与配置算法；服务模板提供器模块，支持用户快速开展数字孪生服务功能开发。本发明专利技术可以降低企业用户及开发者实施与部署数字孪生项目的周期，并为数字孪生学术研究者提供一个公共测试平台。为数字孪生学术研究者提供一个公共测试平台。为数字孪生学术研究者提供一个公共测试平台。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生工业软件平台makeTwin


[0001]本专利技术属于电数字数据处理领域，具体涉及一种数字孪生工业软件平台makeTwin。

技术介绍

[0002]随着数字孪生的理论研究与实践探索的逐步深入，数字孪生正获得广泛的认可和跟踪研究，美国、英国、法国、德国也分别成立“数字孪生联盟”“国家数字孪生计划”“数字孪生城市计划”“工业数字孪生协会”国家组织，旨在加大数字孪生理论与关键技术突破、标准制定以及实践落地应用。然而调研和分析目前数字孪生的研究与探索现状，发现：（1）在学术研究领域，斯坦福大学、剑桥大学、牛津大学等世界著名高校纷纷展开了数字孪生学术研究，并以传统建模仿真软件为依托搭建了实验验证系统。作为高校，其更加注重于数字孪生理论的创新，但通常缺少学术研究所需的系统工具支撑平台；（2）在企业应用领域，据统计，当前数字孪生已经在智慧物流、智能生产、智慧城市等六十余个领域进行了应用探索，然而，通过分析发现，几乎所有的应用均采用定制化开发，缺少通用的数字孪生开发平台支持；综上所述，目前数字孪生的理论研究创新缺少系统的研究支撑平台，数字孪生的工业落地应用缺少通用的软件开发平台。因此，本专利技术提出并设计了一种数字孪生工业软件平台makeTwin，以解学术创新之渴，医工业转型之痛，纾国家发展之困。

技术实现思路

[0003]针对当前数字孪生学术研究、落地应用缺乏通用的数字孪生工业软件支撑难题，本专利技术提出并设计了一种数字孪生工业软件平台makeTwin，为数字孪生理论研究者提供统一的系统工具支撑，为企业应用提供快速开发与部署的通用软件平台，从而降低数字孪生理论测试周期以及项目开发与部署周期。
[0004]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种数字孪生工业软件平台makeTwin，包括：孪生模型生成器模块、通信连接器模块、虚实交互配置器模块、孪生数据处理器模块、算法求解器模块以及服务模板提供器模块；所述孪生模型生成器模块支持数字孪生模型的快速创建与配置；所述通信连接器模块支持对物理实体通信协议进行创建与配置；所述虚实交互配置器模块支持虚实空间同步与交互；所述孪生数据处理器模块支持用户对数据库中的数据进行配置、挖掘分析处理；所述算法求解器模块支持用户根据具体求解问题需求，创建、修改与配置算法；所述服务模板提供器模块支持用户快速开展数字孪生服务功能开发。
[0005]进一步地，所述孪生模型生成器模块包括模型库、模型创建与参数配置模块、模型调用模块、模型组装模块、模型融合模块、模型验证与校正模块和模型可视化模块；所述模
型库包含多种工业通用装备的数字孪生模型，模型库具备可扩展功能，即用户在获得权限后，能够查看、修改、删除模型库中的数字孪生模型，或添加用户自定义的数字孪生模型；所述模型创建与参数配置模块用于新建数字孪生模型，并设定数字孪生模型的参数；所述模型调用模块从模型库中调用数字孪生模型，并设定相关参数；所述模型组装模块用于将不同的数字孪生模型按照空间关系、时序关系、映射关系和逻辑关系组装成复杂系统；所述模型融合模块将不同领域不同学科的模型进行融合；所述模型验证与校正模块对构建的数字孪生模型的准确性进行验证，并支持对数字孪生模型进行修改校正；所述模型可视化模块支持对数字孪生模型进行三维可视化渲染。
[0006]进一步地，所述通信连接器模块包括协议库、通信协议创建模块、通信协议调用模块和通信协议约定配置模块；所述协议库包含多种工业通信协议，具备可扩展功能，包括添加、查看、删除、修改通信协议的功能；所述通信协议创建模块用于创建协议库中不存在的通信协议，并保存至协议库中；所述通信协议调用模块支持从协议库中调用通信协议；所述通信协议约定配置模块支持对协议中的数据帧约定方式进行配置。
[0007]进一步地，所述虚实交互配置器模块包括模型动作配置模块、虚实映射与同步模块和虚实迭代校正模块；所述模型动作配置模块支持用户以参数化、图形化的方式，快速配置数字孪生模型的动作、状态、性能与来自于实际物理对象数据之间的关联映射关系；所述虚实映射与同步模块用于将物理实体的实际运行状态实时同步更新到数字孪生模型，数字孪生模型生成的控制指令实时下达给物理实体；所述虚实迭代校正模块用于使得数字孪生模型根据物理实体的工况变化具备自更新自修正的能力。
[0008]进一步地，所述孪生数据处理器模块包括数据库、数据生成模块、数据调用模块、数据特征提取模块、数据关联模块和数据关联模块；所述数据库用于存储设计数据、工艺数据、性能数据、任务数据、故障数据、维护数据，数据库具备可扩展功能，用于添加、查看、删除、修改数据库中的所有数据；所述数据生成模块支持基于所述孪生模型生成器模块建立的所述数字孪生模型进行仿真计算，从而生成实际难以采集的数据；所述数据调用模块按照类别、规模、时间段、特征从数据库中检索和提取所需的数据；所述数据特征提取模块支持对选定的数据进行特征提取；所述数据关联模块对不同数据的特征进行关联度的分析计算；所述数据降维模块基于数据特征提取以及关联度的分析计算对数据进行降维。
[0009]进一步地，所述算法求解器模块包括算法库、算法创建模块、算法调用模块、算法修改模块和算法参数配置模块；所述算法库用于存储求解不同问题所需的多种典型算法，算法库具备可扩展功能，用于添加、查看、删除、修改库中的算法；所述算法创建模块支持添加用户自定义的算法，配置算法相关参数，并保存至算法库中；所述算法调用模块支持从算法库中调用算法；所述算法修改模块支持对从算法库中调用的算法进行适应性修改；所述算法参数配置模块支持对算法所涉及的参数进行调整设定。
[0010]进一步地，所述服务模板提供器模块提供设计优化类模板、调度优化类模板、故障诊断类模板、质量分析类模板、预测分析类模板、复现追溯类模板，用户调用软件平台中提供的服务模板，并进行修改，从而快速实现对具体问题的二次开发。
[0011]进一步地，所述孪生模型生成器模块开发采用Spring开发架构，其中所述孪生模型生成器模块的模型库采用Spring容器，XML语言用于描述对象的数字孪生模型，Java语言用于软件模块内部逻辑的实现；模型库中的对象定义描述为
，其中Obj表示不同的对象，i表示模型库中对象的数量，表示为，式中Name表示对象的名称，Type表示对象的类别，VM表示对象的数字化模型，Pfm表示对象的性能，Para表示对象的参数信息，Port表示对象的接口，Cus表示用户自定义的信息；其中VM表示为，其中表示对象的几何外观模型， 表示对象的物理机理模型， 表示对象的行为模型，表示对象的规则模型；所述模型组装模块依据的组装关联关系实施，SR表示空间关系，TR表示时序关系，MR表示映射关系，LR表示逻辑关系，基于所述组装关联关系的指导，实现从零件级、部件级到设备级，再组装成单元级、系统级以及复杂系统级；所述模型融合模块首先确立不同模型的不同属性，以及包括温度场、流场、振动在内的不同物理场属性；其次将不同模型的不同属性抽象为只有输入Input和输出Output的抽象模型；之后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，包括：孪生模型生成器模块、通信连接器模块、虚实交互配置器模块、孪生数据处理器模块、算法求解器模块以及服务模板提供器模块；所述孪生模型生成器模块支持数字孪生模型的快速创建与配置；所述通信连接器模块支持对物理实体通信协议进行创建与配置；所述虚实交互配置器模块支持虚实空间同步与交互；所述孪生数据处理器模块支持用户对数据库中的数据进行配置、挖掘分析处理；所述算法求解器模块支持用户根据具体求解问题需求，创建、修改与配置算法；所述服务模板提供器模块支持用户快速开展数字孪生服务功能开发。2.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述孪生模型生成器模块包括模型库、模型创建与参数配置模块、模型调用模块、模型组装模块、模型融合模块、模型验证与校正模块和模型可视化模块；所述模型库包含多种工业通用装备的数字孪生模型，模型库具备可扩展功能，即用户在获得权限后，能够查看、修改、删除模型库中的数字孪生模型，或添加用户自定义的数字孪生模型；所述模型创建与参数配置模块用于新建数字孪生模型，并设定数字孪生模型的参数；所述模型调用模块从模型库中调用数字孪生模型，并设定相关参数；所述模型组装模块用于将不同的数字孪生模型按照空间关系、时序关系、映射关系和逻辑关系组装成复杂系统；所述模型融合模块将不同领域不同学科的模型进行融合；所述模型验证与校正模块对构建的数字孪生模型的准确性进行验证，并支持对数字孪生模型进行修改校正；所述模型可视化模块支持对数字孪生模型进行三维可视化渲染。3.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述通信连接器模块包括协议库、通信协议创建模块、通信协议调用模块和通信协议约定配置模块；所述协议库包含多种工业通信协议，具备可扩展功能，包括添加、查看、删除、修改通信协议的功能；所述通信协议创建模块用于创建协议库中不存在的通信协议，并保存至协议库中；所述通信协议调用模块支持从协议库中调用通信协议；所述通信协议约定配置模块支持对协议中的数据帧约定方式进行配置。4.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述虚实交互配置器模块包括模型动作配置模块、虚实映射与同步模块和虚实迭代校正模块；所述模型动作配置模块支持用户以参数化、图形化的方式，快速配置数字孪生模型的动作、状态、性能与来自于实际物理对象数据之间的关联映射关系；所述虚实映射与同步模块用于将物理实体的实际运行状态实时同步更新到数字孪生模型，数字孪生模型生成的控制指令实时下达给物理实体；所述虚实迭代校正模块用于使得数字孪生模型根据物理实体的工况变化具备自更新自修正的能力。5.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述孪生数据处理器模块包括数据库、数据生成模块、数据调用模块、数据特征提取模块、数据关联模块和数据关联模块；所述数据库用于存储设计数据、工艺数据、性能数据、任务数据、故障数据、维护数据，数据库具备可扩展功能，用于添加、查看、删除、修改数据库中的所有数据；所述数据生成模块支持基于所述孪生模型生成器模块建立的所述数字孪生模型进行仿真计算，从而生成实际难以采集的数据；所述数据调用模块按照类别、规模、时间段、特征从数
据库中检索和提取所需的数据；所述数据特征提取模块支持对选定的数据进行特征提取；所述数据关联模块对不同数据的特征进行关联度的分析计算；所述数据降维模块基于数据特征提取以及关联度的分析计算对数据进行降维。6.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述算法求解器模块包括算法库、算法创建模块、算法调用模块、算法修改模块和算法参数配置模块；所述算法库用于存储求解不同问题所需的多种典型算法，算法库具备可扩展功能，用于添加、查看、删除、修改库中的算法；所述算法创建模块支持添加用户自定义的算法，配置算法相关参数，并保存至算法库中；所述算法调用模块支持从算法库中调用算法；所述算法修改模块支持对从算法库中调用的算法进行适应性修改；所述算法参数配置模块支持对算法所涉及的参数进行调整设定。7.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述服务模板提供器模块提供设计优化类模板、调度优化类模板、故障诊断类模板、质量分析类模板、预测分析类模板、复现追溯类模板，用户调用软件平台中提供的服务模板，并进行修改，从而快速实现对具体问题的二次开发。8.根据权利要求1所述的一种数字孪生工业软件平台makeTwin，其特征在于，所述孪生模型生成器模块开发采用Spring开发架构，其中所述孪生模型生成器模块的模型库采用Spring容器，XML语言用于描述对象的数字孪生模型，Java语言用于软件模块内部逻辑的实现；模型库中的对象定义描述为，其中Obj表示不同的对象，i表示模型库中对象的数量，表示为，式中Name表示对象的名称，Type表示对象的类别，VM表示对象的数字化模型，Pfm表示对象的性能，Para表示对象的参数信息，Port表示对象的接口，Cus表示用户自定义的信息；其中VM表示为，其中表示对象的几何外观模型，表示对象的物理机理模型，表示对象的行为模型，表示对象的规则模型；所述模型组装模块依据的组装关联关系实施，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶飞，程江峰，邹孝付，左颖，刘蔚然，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：