一种基于数字孪生技术的多设备协同作业系统及方法与流程

一种基于数字孪生技术的多设备协同作业系统及方法
1.本技术是名为《一种基于数字孪生技术的多设备协同作业系统及方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2021年01月14日，申请号为202110045382.x。
技术领域
2.本发明属于计算机数字化控制领域，尤其涉及一种基于数字孪生技术的多设备协同作业系统及方法。


背景技术：

3.设备控制的实现首先是设备识别，然后通过下发指令控制设备的动作，从而完成指派给设备的任务。
4.传统的设备控制都是针对单一设备和单一场景进行，主要有以下缺点：1.设备的监控都是基于单一设备；2.缺乏多设备之间的任务联动以及协同作业安排；3.设备执行任务的过程无法直观的在计算机体现。
5.随着物联网应用的发展，特别是工业互联网的发展，对设备控制提出了更高的要求，要求多设备在复杂的环境里能够协同准确快速的完成指派的任务。


技术实现要素：

6.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种多设备协同作业系统及方法，能够实现多个设备之间的协同控制，以准确快速的完成多设备协同任务。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种基于数字孪生技术的多设备协同作业系统，所述多设备协同作业系统包括多设备任务协同平台和数字孪生平台；
8.所述数字孪生平台用于：通过数字孪生技术，建立对应真实设备的虚拟设备；提供所述虚拟设备的状态查询接口以及指令下发及结果反馈的接口，在所述虚拟设备上同步体现与所述虚拟设备对应的真实设备的状态，并将操作所述虚拟设备的指令同步下发到与所述虚拟设备对应的真实设备，指定所述真实设备完成相关操作；
9.所述多设备任务协同平台用于：和所述数字孪生平台交互，实现多个真实设备之间的协同任务的流程定义、流程执行和流程监督；
10.所述多设备任务协同平台包括：任务流程定义模块、流程执行模块和流程监控模块；
11.所述任务流程定义模块，用于对接虚拟设备，定义各虚拟设备的指令、结果和状态信息；并定义各虚拟设备之间的协同任务的流程分解和指令执行顺序；
12.所述流程执行模块，用于和所述数字孪生平台交互，接收任务流程定义模块给出的某一协同任务，根据所述协同任务的流程分解和指令执行顺序，向对应的虚拟设备下发指令，并接收所述虚拟设备的结果反馈和所述真实设备的状态信息以及下发指令后等待指令结果；所述真实设备的状态信息来自于对应的真实设备的监控信息；所述虚拟设备的结果反馈来自于所述虚拟设备自身的指令执行；
13.所述流程监控模块，用于监控所述虚拟设备的结果反馈和所述真实设备的状态信息，在结果反馈或状态信息异常时告警并根据告警级别干预流程执行；告警方式设置为状态阀值告警或状态值告警，并定义告警级别，针对不同告警级别进行流程处理。
14.可选地，所述任务流程定义模块定义的任务流程涉及多种执行逻辑，所述执行逻辑包括串行处理、并行处理、条件判断、循环处理和子流程，所述串行处理即多条指令串行并依序执行；所述并行处理即多条指令并列同步执行。
15.可选地，所述流程监控模块干预流程执行的方法包括：终止流程、继续流程、调整流程参数或降低流程执行速度。
16.为实现上述目的，本发明还提供了一种基于数字孪生技术的多设备协同作业方法，包括以下步骤：
17.在数字孪生平台，通过数字孪生技术，建立对应真实设备的虚拟设备；提供所述虚拟设备的状态查询接口以及指令下发及结果反馈的接口，在所述虚拟设备上同步体现与所述虚拟设备对应的真实设备的状态，并将操作所述虚拟设备的指令同步下发到与所述虚拟设备对应的真实设备，指定所述真实设备完成相关操作；
18.在多设备任务协同平台，和所述数字孪生平台交互，实现多个真实设备之间的协同任务的流程定义、流程执行和流程监督；
19.所述多设备任务协同平台执行以下过程：
20.任务流程定义：对接虚拟设备，定义各虚拟设备的指令、结果和状态信息；并定义各虚拟设备之间的协同任务的流程分解和指令执行顺序；
21.流程执行：和所述数字孪生平台交互，接收任务流程定义给出的某一协同任务，根据所述协同任务的流程分解和指令执行顺序，向对应的虚拟设备下发指令，并接收所述虚拟设备的结果反馈和所述真实设备的状态信息以及下发指令后等待指令结果；所述真实设备的状态信息来自于对应的真实设备的监控信息；所述虚拟设备的结果反馈来自于所述虚拟设备自身的指令执行；
22.流程监控：监控所述虚拟设备的结果反馈和所述真实设备的状态信息，在结果反馈或状态信息异常时告警并根据告警级别干预流程执行；告警方式设置为状态阀值告警或状态值告警，并定义告警级别，针对不同告警级别进行流程处理。
23.可选地，所述任务流程定义的数据采用xml标记语言描述并保存。
24.可选地，所述任务流程定义的任务流程涉及多种执行逻辑，所述执行逻辑包括串行处理、并行处理、条件判断、循环处理和子流程，所述串行处理即多条指令串行并依序执行；所述并行处理即多条指令并列同步执行。
25.可选地，所述流程监控中干预流程执行的方法包括：终止流程、继续流程、调整流程参数或降低流程执行速度。
26.本发明实现了如下技术效果：
27.本发明通过数字孪生平台建立可视化的协同操作环境，并结合多设备任务协同平台的任务流程定义、流程执行和流程监控，在两方面执行协同作业的实时监控：一方面是监控下发指令的执行结果反馈，另一个方面是监控设备状态信息，实现多个设备之间的协同控制，从而准确快速的完成多设备协同任务。
附图说明
28.图1是本发明的基于数字孪生技术的多设备协同作业系统的系统框图；
29.图2是本发明的任务协同的流程示例。
具体实施方式
30.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
31.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
32.如图1所示，本发明提供了一种基于数字孪生技术的多设备协同作业系统及方法，所述系统包括多设备任务协同平台和数字孪生平台；
33.所述数字孪生平台用于：通过数字孪生技术，建立对应真实设备的虚拟设备；提供所述虚拟设备的状态查询接口以及指令下发及结果反馈的接口，在所述虚拟设备上同步体现与所述虚拟设备对应的真实设备的状态，并将操作所述虚拟设备的指令同步下发到与所述虚拟设备对应的真实设备，指定所述真实设备完成相关操作。
34.所述多设备任务协同平台用于：和所述数字孪生平台交互，实现多个真实设备之间的协同任务的流程定义、流程执行和流程监督。
35.多设备任务协同平台包括任务流程定义模块、流程执行模块和流程监控模块，分别执行任务流程定义、流程执行和流程监控。
36.1.任务流程定义
37.任务流程定义模块首先对接虚拟设备，对虚拟设备进行定义，包括设备的指令、结果和状态信息等。
38.然后定义任务的流程分解和执行顺序，把一项任务分解为多个设备的指令，并定义指令执行的流程，流程通常包括串行处理、并行处理、条件判断、循环处理以及子流程等执行逻辑。
39.这些定义可以用xml标记语言描述并保存，传递给流程执行模块进行执行。
40.2.流程执行
41.流程执行模块读取任务流程定义模块定义的流程，并根据流程的分解和执行顺序把流程中的各指令下发到对应的虚拟设备进行执行，下发给虚拟设备的指令同步也下发到真实设备上执行，并接收所述虚拟设备的结果反馈和真实设备的状态信息。
42.所述真实设备的状态信息来自于对应的真实设备的监控信息；所述虚拟设备的结果反馈来自于所述虚拟设备自身的指令执行。
43.流程的执行支持启动、停止、暂停等操作。并根据流程定义对循环、判定等逻辑进行流程的分支走向处理，这些逻辑判断都需要根据每一条指令的执行反馈结果进行处理。所以流程执行模块下发指令后还需等待指令结果。相当于在监控设备指令的执行过程。
44.图2所示的为任务协同的流程示例。
45.在本流程示例的任务协同中，包括了串行处理、并行处理和条件判断等流程执行逻辑。设备监控信息给出指令执行的真实结果，反馈到任务协同过程中。
46.3.流程监控
47.流程监控模块主要是用于监控虚拟设备的相关状态，当查询到虚拟设备的结果反馈或状态信息异常时进行告警并干预流程执行。告警方式可设置为状态阀值告警、状态值告警等，并定义告警级别，并针对不同级别进行流程处理，是终止、还是可以继续、还是调整流程参数，降低流程执行速度等。
48.本发明通过数字孪生平台建立可视化的协同操作环境，并结合多设备任务协同平台的任务流程定义、流程执行和流程监控，在两方面执行协同作业的实时监控：一方面是监控下发指令的执行结果反馈，另一个方面是监控设备状态信息，实现多个设备之间的协同控制，从而准确快速的完成多设备协同任务。
49.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。