CN104956368A

CN104956368A - 用于虚拟模型的模拟的系统和方法

Info

Publication number: CN104956368A
Application number: CN201380056125.XA
Authority: CN
Inventors: K.施; M.利诺德; X.施; J.曹
Original assignee: Siemens Product Lifecycle Management Software Inc
Current assignee: Siemens Industry Software Inc
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-09-30
Also published as: EP2901336A1; US20140088927A1; WO2014052037A1; JP2016503524A

Abstract

用于虚拟模型的模拟的系统和方法。该系统被配置为接收代表该虚拟模型的第一数据，并使用一个或多个映射功能将该第一数据变换为反馈数据。该系统被配置为由可编程控制器响应于该反馈数据生成多个输出数据，并向该虚拟模型施加该输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。该方法包括生成代表该虚拟模型的第一数据，并使用一个或多个映射功能将该第一数据变换为反馈数据。该方法包括外部可编程控制器响应于该反馈数据生成输出数据，并向该虚拟模型施加该输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。

Description

用于虚拟模型的模拟的系统和方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的用于三维计算的X线断层摄影术的多骨头分割的方法和计算机可读介质。

背景技术

本公开一般针对管理用于产品和其他项目的数据的计算机辅助设计、虚拟化、和制造系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、和类似系统(共同地，“产品数据管理”系统或“PDM”系统)。PDM系统管理PLM和其他数据。期望改进的系统。

发明内容

各种公开的实施例包括用于模拟虚拟模型的系统和方法。根据公开的实施例，该系统包括至少一个处理器、与该处理器连接的存储器、通信网络、和经由该通信网络与该处理器连接的外部可编程控制器。该系统被配置为生成代表该虚拟模型的第一数据，并使用一个或多个映射功能将该第一数据变换为反馈数据。该系统被配置为由该可编程控制器响应于该反馈数据生成多个输出数据，并施加该输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。根据公开的实施例，该方法包括生成代表该虚拟模型的第一数据，并使用一个或多个映射功能将该第一数据变换为反馈数据。该方法包括由外部可编程控制器响应于该反馈数据生成多个输出数据，并施加该输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。

前面已相对广泛地概括了本公开的特征和技术优点，使得本领域技术人员可较好理解以下详细描述。下面将描述形成权利要求的主题的公开的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，他们可容易地使用作为基础公开的概念和特定实施例，用于修改或设计用于执行本公开的相同目的的其他结构。本领域技术人员还将认识到，这样的等效构造不脱离其最宽形式的公开的精神和范围。

在开始以下详细描述之前，可以有利的是阐明贯穿该专利文献使用的某些单词或短语的定义：术语“包括”和“包含”及其派生词意味着没有限制的包括；术语“或”是包括的，意味着和/或；短语“与……关联”以及“与其关联”及其派生词可意味着包括、被包括在内、与其互连、包含、被包含在内、连接到或与其连接、耦接到或与其耦接、可与其通信、与其合作、交织、并置、接近、绑定到或与其绑定、具有、具有属性等；并且术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何装置、系统或其部分，这样的装置是否按照硬件、固件、软件或其至少两个的一些组合实现。应注意的是，与任何特定控制器关联的功能性可被本地或远程地集中或分发。贯穿该专利文献提供某些单词和短语的定义，并且本领域技术人员将理解的是，这样的定义在许多(如果不是最多)实例下应用到这样定义的单词和短语的过去以及将来使用。尽管一些术语可包括各种实施例，但是所附权利要求可将这些术语明确限制为特定实施例。

附图说明

为了本公开及其优点的更全面的理解，现在参考结合附图给出的以下描述，其中相同附图标记指定相同对象，并且其中：

图1图示了根据公开的实施例的数据处理系统的框图；

图2图示了根据公开的实施例的PDM系统；

图3图示了根据其他公开的实施例的PDM系统；

图4-6图示了根据公开的实施例的虚拟模型的变型；

图7-9图示了根据公开的实施例的PDM系统的操作；

图10是根据公开的实施例的处理的流程图；

图11是根据其他公开的实施例的处理的流程图；和

图12图示了根据公开的实施例的云计算系统。

具体实施方式

下面讨论的图1到12以及该专利文献中用来描述本公开的原理的各个实施例仅作为示意，并且不应按照任何方式解释来限制该公开的范围。本领域技术人员将认识到，可在任何适当安排的装置或系统中实现本公开的原理。将参考示范性非限制性实施例来描述本公开的多种创新教义。

在产品和系统的设计、开发和修改中广泛使用PDM系统。PDM系统允许设计师和工程师在构造实际原型之前在虚拟环境中开发和测试产品。PDM技术的进展通过创建和测试计算机实现的模型来使能产品的虚拟确认。产品的虚拟确认允许设计师和工程师检验功能性并标识产品中的潜在缺陷。

当前可用的PDM系统例如允许用户在虚拟系统中定义并装配虚拟装置。虚拟系统可连接到外部可编程逻辑控制器。用户在工作站中利用虚拟控制板或虚拟开关板，以访问来自装置库的虚拟装置。存在与当前可用系统关联的缺陷。用户例如典型地必须使用虚拟控制板来装配模型并且还修改模型。

各种公开的实施例提供了用于计算机实现虚拟模型的交互模拟的系统和方法。公开的实施例允许用户在没有虚拟控制板的帮助的情况下对虚拟模型直接进行修改，并模拟该模型的应答。结果，可标识产品中的潜在缺陷，并且可在较少时间中验证产品，由此减少产品的开发时间。

图1描绘了数据处理系统100的框图，其中实施例能被例如实现为通过软件特别配置或按照别的方式执行这里描述的处理的PDM系统，并被特别实现为这里描述的多个互连和传递系统中的每一个。描绘的数据处理系统包括与第二级高速缓存/桥104连接的处理器102，第二级高速缓存/桥104转而连接到本地系统总线106。本地系统总线106可以是例如外围组件互连(PCI)架构总线。在描绘的示例中主存储器108和图形适配器110也连接到本地系统总线。图形适配器110可连接到显示器111。

其他外围设备(诸如局域网(LAN)/广域网/无线(例如，WiFi)适配器112)也可连接到本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接到输入/输出(I/O)总线116。I/O总线116连接到键盘/鼠标适配器118、盘控制器120、和I/O适配器122。盘控制器120能连接到储存器126，其能够是任何适当的机器可使用或机器可读储存介质，包括但不限于非易失性硬编码类型介质，诸如只读存储器(ROM)或可擦除可电编程只读存储器(EEPROM)、磁带储存器，并且能够是用户可记录类型介质，诸如软盘、硬盘驱动器和致密盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)、以及其他已知的光、电或磁储存装置。

音频适配器124也连接到示出的示例中的I/O总线116，扬声器(未示出)可连接到音频适配器124用于播放音乐。键盘/鼠标适配器118提供用于定点装置(未示出)的连接，该定点装置诸如鼠标、轨迹球、跟踪指针等。

本领域技术人员将理解的是，图1中描绘的硬件可变化用于特定实现。例如，除了描绘的硬件或替换描绘的硬件，也可以使用诸如光盘驱动器等的其他外围装置。提供描绘的示例仅用于解释的目的，并且不打算暗示对于本公开的架构限制。

根据本公开实施例的数据处理系统100包括采用图形用户界面的操作系统。该操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，每一显示窗口向不同应用或相同应用的不同实例提供界面。图形用户界面中的光标可由用户通过定点装置来操纵。光标的位置可改变和/或生成诸如点击鼠标按钮的事件以激励期望应答。

如果适当修改，则可采用各种商业操作系统(诸如微软Windows^TM版本，位于华盛顿州雷蒙德的微软公司的产品)之一。根据描述的本公开来修改或创建该操作系统。

LAN/WAN/无线适配器112能连接到网络130(不是数据处理系统100的一部分)，该网络130能够是任何公共或私有数据处理系统网络、或本领域技术人员已知的包括因特网的网络的组合。数据处理系统100能够通过网络130与服务器系统140通信，服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，而是能实现为例如单独数据处理系统100。数据处理系统100可被配置为工作站，并且多个类似工作站可经由通信网络连接，以形成根据本公开实施例的分布系统。

图2图示了根据公开的实施例的PDM系统200。PDM系统200包括计算机工作站204，该计算机工作站204包括CAD应用208。工作站204可通过上述数据处理系统100实现。用户利用CAD应用208来创建可在与工作站204连接的监视器216上图形显示的虚拟模型212。用户可经由通信网络224将虚拟模型212连接到外部可编程逻辑控制器220，以测试和验证该模型。控制器220可按软件或硬件实现。在其他实施例中，控制器220可以经由例如USB端口直接连接到虚拟模型212。

根据公开的实施例，用户可无需虚拟控制板的帮助来对模型212进行改变，并模拟控制器220的应答。用户可例如向模型212注入误差信号，以模拟控制器的应答。

图3图示了根据其他公开的实施例的PDM系统300。PDM系统300包括计算机工作站304，该计算机工作站304包括CAD应用308。用户利用CAD应用308来创建可在监视器316上显示的虚拟模型312。根据公开的实施例，虚拟模型312可经由开放处理控制(OPC)层324连接到控制器320。本领域技术人员将理解的是，根据OPC标准实现OPC层324，其使能自动控制应用、现场系统、装置、和商业应用之间的互用性。在不同平台中实现的应用可利用OPC层324的开放数据交换规范，以创建、测试和验证虚拟模型。根据公开的实施例，OPC层324可使用微软的组件对象模型(COM)和分布COM应用来实现。

参考图3，根据公开的实施例，OPC层324可包括与一个或多个OPC服务器332连接的OPC客户机328。OPC客户机328促进虚拟模型312和OPC服务器332之间的数据流动，同时OPC服务器332促进控制器320和OPC客户机328之间的数据流动，由此使能控制器320和虚拟模型312之间的通信。工作站304、OPC层324和控制器320可经由诸如因特网(图3中未示出)的通信网络互连。

根据公开的实施例，PDM系统300使得用户能无需虚拟控制板的帮助而与虚拟模型312直接交互。用户例如可向虚拟模型注入误差信号，以模拟控制器320的应答。图4-6图示了根据公开的实施例的虚拟模型的变型。用户可如图4中示出通过使用鼠标(未示出)拖拽柄408，来移动虚拟模型404。而且，如图5中示出，用户可打字输入指令502，以对虚拟模型504进行修改。而且，如图6中示出，用户可图形定义算法604，以模拟基于时间或基于事件的应答。

根据公开的实施例，用户可通过将控制器320连接到OPC层324来测试和验证虚拟模型。控制器320可以是具有人机接口(HMI)的物理或虚拟可编程逻辑控制器(PLC)。用户可在虚拟模型中配置信号，以使能OPC层和CAD系统之间的信号/数据流动。作为示例，可配置代表传感器触发和马达的开始/停止时间的信号。信号/数据的流动可以是双向的(例如，将门的位置传递到一个OPC信号，并将一个OPC信号传递到马达的速度)。

接下来，用户可启动控制器320，控制器320运行虚拟模型以模拟闭环系统。用户可通过添加控制逻辑和触发或通过注入误差，来与该虚拟模型交互。注入的误差经由OPC层324传递到控制器320，以模拟控制器的应答。该交互误差注入机制允许用户在运行期间动态注入误差。注入的误差能够是可校正的、不可校正的、或致命误差。

例如，考虑特征在于机械触头的闭环控制系统的虚拟模型。如果控制器发送关断触头的命令，则在正常操作条件下，触头返回反馈信号以指示已关断触头。如果触头未能在规定时间段内返回反馈信号，则控制器发送警告信号。

根据公开的实施例，用户可实现PDM系统300以验证特征在于机械触头的闭环系统的虚拟模型。在该虚拟模型中，传感器可附加到辅助触头，以感测触头的状态并返回反馈信号。用户可断开或禁止传感器，或将传感器拖拽到新位置，由此在虚拟模型中注入误差以通过生成警告信号并校正误差来确定控制器是否正确应答。根据公开的实施例，可定义该虚拟模型的各种性质。例如，可通过浮点数来定义马达的旋转速度，同时可通过布尔逻辑来定义马达的开始、结束、和旋转方向(例如，前向、反向)。根据公开的实施例，可模拟该闭环系统，以按照高频率(例如，每模拟步骤2毫秒)操作。

根据公开的实施例，PDM系统300提供能够应答动态情况的交互模拟环境。用户能使得对于注入误差的系统应答可视化，由此检测设计问题。可在运行期间使用用户友好的界面来注入误差。例如，用户可通过握住可移动对象上的鼠标来拖拽该可移动对象。拖拽动作可被标识和变换为其值由光标所跨过的距离所确定的信号。用户还可以通过例如将块拖拽到挡光板，来修改马达的速度或对象的位置。

根据公开的实施例，可修改虚拟模型中的对象，并且可激活或停止控制。而且，能破坏任何对象和控制器之间的信号的连接，由此注入误差。

图7-9图示了根据公开的实施例的PDM系统300的操作和使用。如图7中所示，定义代表虚拟模型704的一个或多个信号。作为示例，在图7中，可定义代表虚拟模型704的两个信号：定义输送带上的块的位置的第一信号708和定义附加到挡光板的传感器的触发状态的第二信号712。这些信号可由一个或多个多项式和/或数据代表。接下来，使用图8中示出的映射表804来配置和映射该定义的信号。映射的信号可被称为反馈信号。将反馈信号传送到OPC层324，OPC层324进而将反馈信号传送到控制器320。图8中的映射表可变换向OPC层324传送的信号的流。参考图9，用户可将块904拖拽到挡光板908，触发传感器912。作为响应，控制器320生成一个或多个输出信号，输出信号经由OPC层324施加到虚拟模型312。将理解的是，向虚拟模型312施加输出信号实现对于虚拟模型312的改变。反馈信号和输出信号可由一个或多个多项式和/或数据代表。

图10是根据公开的实施例的处理的流程图。例如能通过上述系统300来执行这样的处理，但是以下处理中的“系统”能够是被配置为执行描述的处理的任何设备。

在块1004中，系统300接收代表虚拟模型的第一数据。根据公开的实施例，第一数据可由装置库提供。

在块1008中，一个或多个映射功能将第一数据变换为反馈数据。根据实施例，可使用包括映射功能的映射表，以将第一数据变换为反馈数据。

在块1012中，外部可编程逻辑控制器响应于反馈数据来生成输出数据。外部可编程逻辑控制器可按软件或硬件实现。如前面描述的，OPC层可被实现以促进系统300和外部可编程逻辑控制器之间的数据流动。

在块1016中，系统300向虚拟模型施加输出数据，以实现改变。如前面描述的，虚拟模型的修改引起代表该模型的第一数据的修改。修改的第一数据可被存储在工作站中，并且修改的虚拟模型可在监视器上显示。

图11是根据其他公开的实施例的处理的流程图。在块1104中，系统300修改该虚拟模型。作为示例，可通过向模型注入误差信号或者通过改变监视器上虚拟模型的位置，来修改该虚拟模型。

在块1108中，系统300接收代表修改的虚拟模型的第一数据。如前面描述的，第一数据可由装置库提供。

在块1112中，一个或多个映射功能将第一数据变换为反馈数据。根据实施例，可利用包括映射功能的映射表，以将第一数据变换为反馈数据。

在块1116中，外部可编程控制器响应于反馈数据来生成输出数据。外部可编程逻辑控制器可按软件或硬件实现。如前面描述的，OPC层可被实现以促进系统300和外部可编程逻辑控制器之间的数据流动。

在块1120中，系统300施加输出数据，以实现虚拟模型中的改变。修改的虚拟模型可被存储在工作站中。

图12图示了根据公开的实施例的云计算系统1200。系统1200包括经由诸如因特网1224的通信网络链接到服务器1220的多个工作站1204-1216。服务器1020可被实现为系统300，系统300使得工作站1204-1216能创建、修改和模拟虚拟模型。作为示例，工作站1204可创建和模拟在服务器1220中存储的虚拟模型。

根据实施例，利用用于虚拟模型的交互模拟的计算机可执行指令来编码非瞬时计算机可读介质。计算机可读介质包括用于生成代表虚拟模型的第一数据、并用于使用一个或多个映射功能将第一数据变换为反馈数据的指令。计算机可读介质包括用于响应于反馈数据生成输出数据、并向该虚拟模型施加该输出数据以实现改变的指令。

本领域技术人员将认识到，为了简明和清楚，不在这里描绘或描述适于与本公开一起使用的所有系统的全部结构和操作。作为替代，仅描绘和描述对于本公开唯一或者对于本公开的理解必需的系统。所公开的系统的构造和操作的剩余部分可符合本领域已知的各种当前实现和实践。

当然，本领域技术人员将认识到，除非操作序列所特别指示或需要的，否则可省略、并发或顺序执行、或按照不同次序执行上述处理中的某些步骤。此外，没有组件、元件或处理应被看作对于任何特定要求保护的实施例所必要的，并且能在其他实施例中组合这些组件、元件或处理的每一个。

重要的是要注意，尽管该公开包括全部功能系统的上下文中的描述，但是本领域技术人员将理解的是，本公开的机制的至少部分能够按照各种形式的任一种的机器可使用、计算机可使用、或计算机可读介质中包括的指令的形式来分发，并且本公开等同应用，而不管用来实际执行该分发的指令或信号承载介质或存储介质的具体类型。机器可使用/可读或计算机可使用/可读介质的示例包括：诸如只读存储器(ROM)或可擦除电可编程只读存储器(EEPROM)的非易失性硬编码类型介质，以及诸如软盘、硬盘驱动器和致密盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)的用户可记录类型介质。

尽管已详细描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员将理解的是，可进行这里描述的各种改变、子替换、变型和改进，而不脱离其最宽形式的本公开的精神和范围。

本申请中的描述不应被读作暗指任何特定元件、步骤或功能是在要求保护的范围内必须包括的必要元件：专利保护的主题的范围仅由授权权利要求限定。

Claims

1.一种数据处理系统(100，200，300)，用于计算机实现的虚拟模型的模拟，包括：

至少一个处理器(102)；

与该处理器(102)连接的存储器(108，126)；

通信网络(130，224)；和

外部可编程控制器(220，320)，经由通信网络(130，224)与处理器(102)连接，该数据处理系统(100，200，300)被配置为

-接收(1004，1108)代表该虚拟模型的第一数据；

-使用一个或多个映射功能将该第一数据变换(1008，1112)为反馈数据；

-该可编程控制器(320)响应于该反馈数据生成(1012，1116)多个输出数据，其中该可编程控制器(320)包括用于生成输出数据的程序代码；和

-向计算机实现的模型施加(1016，1120)输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。

2.根据权利要求1的数据处理系统(100，200，300)，进一步包括与该通信服务器连接的开放处理控制服务器(332)，该开放处理控制服务器(332)被配置为从该处理器(102)接收反馈数据，并将该反馈数据传送到该外部可编程控制器(320)。

3.根据权利要求1或2的数据处理系统(100，200，300)，进一步包括开放处理控制服务器(332)，该开放处理控制服务器(332)被配置为从该外部可编程控制器(332)接收输出数据，并将该输出数据传送到该处理器(102)。

4.根据权利要求1到3之一的数据处理系统(100，200，300)，其中该处理器(102)被配置为生成修改命令，规定要修改的第一数据的部分，以实现对于虚拟模型的改变。

5.根据权利要求1的数据处理系统(100，200，300)，进一步包括与所述存储器(108，226)连接的监视器(316)，用于图形显示该虚拟模型，其中改变该虚拟模型在该监视器(316)上的位置修改该第一数据。

6.根据权利要求5的数据处理系统(100，200，300)，其中改变该虚拟模型在该监视器(316)上的位置修改该输出数据。

7.根据权利要求1到6之一的数据处理系统(100，200，300)，其中该第一数据由多个第一功能代表。

8.根据权利要求1到7之一的数据处理系统(100，200，300)，其中该反馈数据由多个反馈功能代表。

9.根据权利要求1到8之一的数据处理系统(100，200，300)，其中该输出数据由多个输出功能代表。

10.根据权利要求1到9之一的数据处理系统(100，200，300)，其中该外部可编程控制器(320)按照软件实现。

11.根据权利要求1到9之一的数据处理系统(100，200，300)，其中该外部可编程控制器(320)按照硬件实现。

12.一种用于计算机实现的虚拟模型的交互模拟的方法，包括：

-接收(1004，1108)代表该虚拟模型的第一数据；

-外部可编程控制器(320)响应于该反馈数据生成(1012，1116)输出数据，其中该可编程控制器(320)包括用于生成输出数据的程序代码；和

-向该虚拟模型施加(1016，1120)输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。

13.根据权利要求12的方法，其中，所述向该虚拟模型施加(1016，1120)输出数据的步骤修改该第一数据。

14.根据权利要求12或13的方法，进一步包括：

－开放处理控制服务器(332)通过通信网络接收(1004，1108)该反馈数据；以及

－该开放处理控制服务器(332)通过该通信网络将该反馈数据传送到该外部可编程控制器(320)。

15.根据权利要求12到14的方法，进一步包括：

－在存储器(102，126)中存储代表该虚拟模型的第一数据；

－在与该存储器(102，126)连接的监视器(316)上图形显示该虚拟模型；和

－改变该虚拟模型在该监视器上的位置，其中虚拟模型的位置改变修改该第一数据。

16.根据权利要求15的方法，其中所述改变该虚拟模型在该监视器(316)上的位置的步骤修改该输出数据。

17.一种非瞬时计算机可读介质，利用用于计算机实现的虚拟模型的交互模拟的计算机可运行指令编码，其中该计算机可运行指令当运行时促使至少一个数据处理系统(100，200，300)：

-接收(1004，1108)代表该虚拟模型的第一数据；

-向该虚拟模型施加输出数据，以实现对于该虚拟模型的改变。

18.根据权利要求17的计算机可读介质，其中所述计算机可运行指令当运行时促使该数据处理系统(100，200，300)：

－在存储器(108，126)中存储代表该虚拟模型的第一数据；

－在与该存储器(108，126)连接的监视器(316)上图形显示该虚拟模型；和

－改变该虚拟模型在该监视器(316)上的位置，其中虚拟模型的位置改变修改该第一数据。

19.根据权利要求17或18的计算机可读介质，其中在监视器(316)上图形显示该虚拟模型，并且其中改变该虚拟模型在该监视器(316)上的位置的步骤修改该第一数据。

20.根据权利要求18或19的计算机可读介质，其中改变该虚拟模型在该监视器(316)上的位置的步骤修改该输出数据。