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3.5 理解实体物理对象

在阐述数字孪生解决方案架构之前,理解实体物理对象的运作方式很重要。以下是解决方案架构师需要询问的关于实体物理对象的问题清单。

1.对象属性

与实体物理对象相关的属性是什么?例如,唯一标识符、位置信息等。

示例: 例如需要为制造工厂中的磨床开发数字孪生,工厂里有好几台磨床,每台磨床都应该有一个唯一的标识符,例如“GR001”。

2.计算数据

从物理对象中可以获得哪些数据?数据是实时生成的还是批量处理的?如果某些数据不能直接从物理对象中获得,但是它们又很重要,要如何获取这些数据?能够帮助获取所需数据的模型是什么样的?

示例: 以磨床为例,磨床转速(以每分钟转的圈数来计)可以通过传感器获得,并且能按秒实时获得;磨床砂轮的温度不能通过传感器获得,并且磨床砂轮的温度还会随着磨床转速的提升以非线性方式增加;磨床砂轮的磨损量也不能通过传感器获得,它取决于磨床砂轮的最高温度和持续运行的时间。在这种情况下,数字孪生可以根据其他可用数据计算出磨床砂轮的温度和磨损量。

3.过程模型

物理对象的功能是什么?当操作实体对象时的输入、处理过程和输出是什么?物理对象的操作可以建模吗?物理对象将处于某个状态多长时间?当物理对象处于特定状态时,它的工作速度是多少?

示例: 例如磨床有多个状态,如空闲、工作和停机。其中,工作状态又有三个子状态:提速状态、磨屑状态和降速状态。当磨床砂轮不旋转时,它处于空闲状态;如果它的旋转速度大于0但小于500转/分,则处于提速状态;如果磨床砂轮以500转/分或更高的速度旋转,则处于磨屑状态;如果磨床之前处于磨屑状态,之后磨屑速度下降到500转/分以下,则被认为是降速状态;在任何时候,当磨床出现问题时,用户都会在磨床上按停止按钮并发出“停机”信号。

4.工况信息

实体物理对象属于哪个大系统?是否与其他实体对象或其他数字孪生之间存在关系(例如父子关系或者平行关系等)?物理对象内部是否具备需要数字孪生建模的零部件?

示例: 例如某台特定磨床与制造系统中的其他实体可能存在关系,如磨床所属的生产线;此外,磨床还有众多零部件,如电机和冷却液输送系统,这些都可以单独建模。通常,制造工厂中的机器工况信息如图3-1所示。

图3-1 制造工厂中的机器工况信息

当在包含工况信息的制造系统中的适当位置点击用户界面时,用户将能浏览整个工况信息并显示所需的内容。同样,用户可以定制查询信息,例如显示特定位置区域内所有工厂中全部磨床的状态。

5.物理实体细节

3D图纸是否可以用来展示更多的物理实体细节?是否有一个物料清单,包含了组成物理实体的所有零部件?

示例: 有一张磨床的3D图纸,可以在众多应用程序中调用该3D图纸,来可视化物理实体对象。

6.零部件

物理对象内部包含了哪些零部件?这些零部件有哪些特性?

示例: 磨床包含两个电机,每个电机都有不同的功率和运转速度。

7.遥测数据

遥测数据是通过传感器被遥测终端接收到的实时数据,它来自遥测对象,反映遥测对象的数字特征或状态。关于遥测数据,需要了解:物理实体对象生成了哪些数据?数据是否能作为结果定期发送?数据发送的频率是多少?

示例: 当磨床进行作业时,磨床每5秒发送一次砂轮的运转速度数据;当磨床状态发生变化时,会实时发送状态信息。例如,磨床最初是空闲状态,然后变为工作状态,接着变成停机状态。

8.外部应用程序与系统

物理对象将与哪些外部应用程序或系统一起工作?数字孪生如何将数据传送给其他应用程序或系统?数字孪生如何从其他应用程序或系统调用数据?

示例: 磨床的维护作业在ERP(企业资源计划)系统中进行跟踪;维护作业记录也在ERP系统中进行跟踪;磨床砂轮需要更换的备件通过API从备件管理系统中订购。 sLbfYp7XwwHHHjb/p2QZQIsgnd776boLO8u+ZjidP4Mh2ebB1NA2+Kkp6zyENEX0

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