[发明专利]一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法

说明书

本发明公开了一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法，建立设备的OPC UA信息模型；生成OPC Server，并调用相应的OPC Client解析设备的传输协议与数据格式，统一为OPC UA协议与OPC Binary/XML的数据格式；然后建立设备的数字孪生模型，配置虚实设备单的协变数据结点；监听节点变化并调用相应的回调函数，将数据发布至数据中间件，由孪生模型中对应的数据结点订阅数据，实现虚实设备的同步运行。本发明基于的发布订阅模式实现，耦合性低，节省了大量的I/O操作，数据实时性强。

技术领域

本发明属于智能制造与数字化技术领域，具体涉及一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法。

背景技术

数字孪生技术是智能制造领域的一项新兴技术，主要用于实现制造物理世界与信息世界的交互与共融，在航空航天、汽车制造、仿真测试等场景有着重要的作用。数字孪生技术有以下几个方面的应用需求：

(1)数字孪生体的建模；

(2)物理世界与信息世界的融合；

(3)物理世界与虚拟世界的同步运行；

(4)基于信息物理融合的服务应用。

目前大多数研究将数字孪生作为一个提供运行与仿真的平台，而实现仿真的方式主要是先验式的，即在运行前对产品进行先验仿真进行效果评估，而缺少基于实时信息的决策方式。同时，基于设备的运动仿真多为基于历史数据的仿真，而基于实时数据的仿真目前较少。其关键在于没有实现孪生模型与物理设备之间的虚实同步。

而实现物理设备与孪生模型的虚实同步主要有以下方面的困难：

(1)设备由于生产厂商，数据传输标准等不同，会使用不同的数据传输协议，同时定义不同的数据格式用于传输，导致传输协议的复杂化，传输数据的异构化，从而使多物理设备的数据集成愈发困难；

(2)由于需要建立物理设备与孪生模型的同步运行，必须保证数据的实时性，而其中需要产生大量的IO操作，而采用传统的关系型数据库，则会降低数据的实时性；

(3)缺少一个可靠的信息模型，实现孪生模型与物理设备的数据结点映射。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法，实现孪生模型与物理设备之间的数据互通与同步运行。

本发明采用以下技术方案：

一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法，包括以下步骤：

S1、根据物理设备的工程参数、当前工况以及虚实结点映射关系建立OPC UA信息模型；

S2、基于步骤S1中的信息模型，使用opcua-modeler将设备信息模型导出为XML文件，解析XML文件，反序列化生成结点集，生成一个OPC UA地址空间以集成数据结点；

S3、启动Web应用，生成OPC Client实例，用于实现数据的读、写与发布/订阅功能；

S4、定义数据协议标准化模块，实现设备传输协议到OPC UA的转换，统一数据格式，实现生产环境中的多协议解析与多源异构数据的标准化；

S5、基于物理设备的运动特征与尺寸外形，建立其对应的数字孪生体，以映射物理设备的运动轨迹和内部机理；

S6、基于一个数据中间件Redis，建立物理设备和孪生模型的数据联结；

S7、基于步骤S5定义的孪生模型、步骤S1定义的OPC UA信息模型和步骤S6采用的Redis中间件定义物理模型与孪生模型的协变数据结点；