CN110573973B - 用于对物理装备的操作进行建模的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提出了用于对物理装备(110)的操作进行建模的方法和系统(100)。例如，一种系统(100)包括至少第一部件(111)和第二部件(112)。第一部件(111)和第二部件(112)具有至少一个物理连接(130a)。分别从第一模型(121)和第二模型(122)接收物理连接的第一模型操作参数和第二模型操作参数。分别用第二模型操作参数和第一模型操作参数来更新第一模型(121)和第二模型(122)。在一个示例中，第一模型(121)和第二模型(122)在不同的计算机系统上运行。在另一个示例中，从第一部件(111)和第二部件(112)接收实时操作数据，并且分别用从第二部件和第一部件接收的实时操作数据来更新第一模型(121)和第二模型(122)。在另一个示例中，系统(100)可接收并处理模拟输入。在各种示例中，物理连接(130a)可包括材料流、旋转轴或控制信号。

Description

用于对物理装备的操作进行建模的方法和系统
说明书
背景技术
本文公开的主题涉及操作和建模技术，并且更具体地说涉及用于对物理装备的操作进行建模的方法和系统。例如，在石油和天然气工业中，物理装备可提供用于气体液化、精炼等的功能。物理装备可包括压缩机、热交换器、涡轮机、泵、阀、致动器、调节器、鼓风机、控制系统和其他物理部件。在物理装备的设计中，物理部件以特定方式连接以实现特定工程设计目标。部件被连接来实现例如有机和无机流体(处于气相和液相两者)的材料流，允许例如燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、燃气发动机或电动马达的旋转设备的机械连接，驱动诸如压缩机(诸如轴向、离心和往复式压缩机)和泵(诸如轴向、离心和往复式泵)的操作机构，并且实现静态设备和旋转设备两者的相关控制系统。
在一个示例中，物理装备可包括由不同供应商供应的众多物理部件。为了实现对物理装备的行为的建模和模拟，不同的供应商可设计并实施专有的建模软件，这种建模软件基于物理部件的操作模型以及部件的输入和输出(也被称为边界条件或边界极限)来对特定物理部件的行为进行建模。由于每个部件的建模软件的专有性质，常规的系统建模技术通常需要离散的模拟阶段，其中在假设某些边界极限的情况下由第一模型来模拟第一部件，所述第一模型的输出随后被输入到第二模型中，以便同样使用第一模型的输出作为边界极限来模拟第二部件，以此类推。所述过程被手动地迭代若干次，直到不同的模型收敛于相同的边界极限和得到模拟场景中涉及的若干方验证的解。这种手动迭代过程可能要花费数周来实现，由此增加了对物理装备操作进行建模和/或模拟时的时间和成本要求。当外部控制系统连接到一个或多个不同的动态模型，并且需要若干次计算迭代来收敛于对于所有子系统都有效的同一个解(即边界极限收敛)时，上述场景甚至会变得更复杂。对此的替代方案是，单方对设备使用脱离其自身专长和直接供应的简化模型来创建唯一的模型。在这种场景中，不可能使用装备的所有部件的高保真模型。
发明内容
提出了用于对物理装备的操作进行建模的方法和系统。例如，一种系统包括至少第一部件和第二部件。第一部件和第二部件具有至少一个物理连接。分别从第一模型和第二模型接收物理连接的第一模型操作参数和第二模型操作参数。分别用第二模型操作参数和第一模型操作参数来更新第一模型和第二模型。在实践所述方法或系统的一些公开的实施方案时可实现的优势是，有能力提高质量并且减少对整个物理装备的操作进行模拟或建模的循环时间。另一项优势是，仅在模型之间交换与被建模部件之间的物理连接相对应的操作参数，因此不需要共享有关模型以及有关所交换操作参数的产生方式的专有细节。
在一个示例中，第一模型和第二模型在位于不同地理位置的计算机系统上运行，所述计算机系统并未通过共同的局域网连接。在另一个示例中，从第一部件和第二部件接收实时操作数据，并且分别用从第二部件和第一部件接收的实时操作数据来更新第一模型和第二模型。在另一个示例中，所述系统可接收并处理模拟输入。在各种示例中，所述物理连接可包括材料流、旋转轴或控制信号。
以上实施方案仅是示例性的。其他实施方案也在所公开的主题的范围内。
附图说明
因此，为了能够理解本发明的特征，可通过参考某些实施方案来对本发明进行详细描述，这些实施方案中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的某些实施方案并且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为所公开的主题的范围同样包含其他实施方案。附图未必按比例绘制，而是一般将重点放在示出本发明的某些实施方案的特征上。在附图中，贯穿各种视图，相同数字用于指示相同零件。
图1是示例性物理装备和用于对物理装备的操作进行建模的示例性系统的图；
图2是对物理装备的操作进行建模的示例性方法的流程图；
图3A和图3B描绘示例性双级压缩机物理装备；并且
图4描绘示例性液化物理装备。
具体实施方式
所公开的主题的实施方案提供了用于对物理装备的操作进行建模的技术。其他实施方案也在所公开的主题的范围内。例如，本文公开的方法和系统可用于对物理装备(诸如石油和天然气工业物理装备、工厂、半导体制造设施或其他制造设施)或者其中众多部件通过限定的物理和/或逻辑接口彼此连接的任何其他系统的操作进行建模。有利地，所述技术允许多供应商系统，其中部件以及模拟和建模逻辑的某些专有细节可保持安全，从而允许设计出组合了最佳部件以实现设计目标的系统，并且同时支持先进的且增强的模拟和建模逻辑。作为另一项优势，模拟和建模逻辑可用于支持众多不同的任务，包括系统设计、系统建模(例如，“假设”场景建模)、自动化训练、故障模式分析等。
作为说明，诸如石油和天然气物理装备或者复杂的工厂或制造设施的现代基础设施可包括各种互连的设备或部件。部件可通过物理或逻辑接口互连在一起。例如，在液化装备中，材料流可流过诸如压缩机或热交换器的各种部件之间的连接部。部件中的每一个可具有众多子部件和复杂的操作环境。这些部件可来源于不同的供应商，其中每个供应商擅长于整体基础设施的不同方面。因为每个供应商可能期望对部件的专有细节保密，所以可部署一次只对一个部件进行建模或模拟的建模或模拟软件，并且供应商可能不会泄露其建模软件的细节。在这类情况下，需要一种多供应商的可交互操作的系统，这种系统允许以同步方式对包括众多部件的宏观系统进行建模和模拟，所述同步方式包括实时地交换边界条件。
作为说明，首先，图1和图2分别描绘示例性物理装备110、用于对物理装备的单个部件进行模拟的单个模型120以及示例性操作建模方法200。图3A至图4关于石油和天然气工业中遇到的示例性物理装备描绘了进一步的细节。图1是基础设施100的图，所述基础设施100包括示例性物理装备110、用于对物理装备的单个部件进行模拟的单个模型120以及用于对物理装备110的操作进行建模的示例性系统102。物理装备110包括众多部件，这些部件包括第一部件111、第二部件112和第三部件113。示例性部件包括压缩机、热交换器、涡轮机、泵、阀、致动器、调节器、鼓风机、控制系统等。
在一个示例中，系统102可以是计算机系统，所述计算机系统具有一个或多个处理器、存储器和用于存储各种程序文件的计算机可读介质。例如，系统102可包括用于执行下文描述的方法步骤的数据库和服务器软件，并且可具有基于web的用户界面以允许访问。取决于受控部件的量和由系统引起的网络流量，系统102可在多处理器系统上或在虚拟化服务器群上操作。在其他示例中，系统102可以是用于紧凑操作的嵌入式控制器，并且可与其他部件协同定位，或者系统102可位于服务器群的计算机刀片中。系统102包括用于发送和接收网络流量的软件部件，并且可包括一个或多个无线或有线网络接口。在另一个示例中，系统102可跨多个地理位置不同的计算机系统操作以便提供冗余。下文将阐述系统102和本文描述的其他基于计算机的部件的另外的实施细节，包括存储和编程方法。
在一个实施方案中，系统102可在云环境中或在本地计算机系统中运行。系统102可协调部件的单个模拟模型，从而保证所述模型之间的同步，并且在所述模型之间实时地交换所需的边界条件，即，与部件之间的物理连接相关的操作参数
部件111-113可通过众多物理连接来连接。例如，物理连接130a连接第一部件111与第二部件112。此外，物理连接130b连接第一部件111与第三部件113。另外，物理连接130c连接第二部件112与第三部件113。物理连接可经由管道、电气基础设施、控制信号、机械连杆机构(例如，旋转轴)等来连接。这些连接可从以下中的一个或多个的角度进行表征：质量流、材料组成、材料流、压力、温度、控制协议、轴速度、扭矩等。
部件111-113中的每一个具有关联模型。具体地说，第一部件111与第一模型121有关联，第二部件112与第二模型122有关联，并且第三部件113与第三模型123有关联。如可容易理解，模型121-123中的每一个可体现为在一个或多个单独的计算机系统上运行的一个或多个计算机程序。在其他示例中，更紧凑的环境可允许多个模型在单个计算机系统上运行。
作为示例，模型可包括软件模拟程序，所述软件模拟程序包括描述部件111-113响应于由部件111-113察觉的操作参数和边界条件的变化而进行的物理行为的方程。例如，软件模拟程序可通过任何合适的手段，诸如使用具有限定的步长大小的时间步长进行的离散整合方法，来模拟物理部件111-113的行为。取决于总体部署的规模和复杂性，用于模型中的每一个的软件模拟程序可在单独的计算机系统上操作，或可协同定位在单个计算机系统上。
在一个实施方案中，可从第一部件111的第一模型121接收物理连接130a的第一模型操作参数。可从第二部件112的第二模型122接收物理连接130a的第二模型操作参数，以此类推。系统102可用第二模型操作参数来更新第一模型121，并且用第一模型操作参数来更新第二模型122。例如，第一模型121可在第一计算机系统上运行，并且第二模型122可在第二计算机系统上运行。在另一个示例中，系统102可用来自另外两个模型的操作参数来更新模型121-123中的每一个。系统102可包括搜索引擎逻辑，所述搜索引擎逻辑能够：从众多模型接收参数，存储参数并且基于内部逻辑向其他模型分发所述参数，所述内部逻辑知晓物理装备110的总体拓扑结构和物理连接130a-130c的配置。例如，为了保护各个模型的专有内部信息，每个单个模型的所有者可决定与其他模型共享所述模型的哪些操作参数并适当地配置所述模型。
在一个示例中，如果系统102是基于云的，则可例如通过互联网连接来建立单个模型121-123与系统102之间的连接150a-150c和单个部件111-113与系统102之间的连接151a-151c。在另一个示例中，如果系统102在本地计算机系统中运行，则可通过局域网(LAN)连接来建立相同的连接。在另一个示例中，连接150a-150c和151a-151c可被加密以增强系统的网络安全。
例如，可从部件111-113接收实时操作数据，并且可用所接收的数据(例如，从与其他模型有关联的部件接收的数据)来更新模型121-123中的每一个。在这种情况下，有利地用其他模型的新数据和操作参数实时地更新部件，但是又不会将模型局限于在单个计算机上操作，由此允许每个模型保持其内部细节的安全。
各种人机界面(其可以是图形用户界面)可连接到系统102。例如，可提供训练界面A140以用于训练，并且可提供工程界面B141以用于工程/设计目的。
基础设施100的一种示例性用途是作为训练系统，例如供物理装备的操作者使用。在这种情况下，系统102可从训练界面A140接收模拟输入。模拟输入可包括与部件111-113相关的各种输入参数，诸如与物理连接130a-130c相关的操作参数。在接收到输入之后，可更新模型121-123。在一个示例中，训练系统允许操作者接受有关活动系统在物理装备管理方面的动态的训练，从而允许理解一个部件中的各种变化如何影响其他部件以及系统的整体运行。
在另一个示例中，系统102、连接150a-150c和151a-151c以及界面140-141可用作工程设计系统，例如由工程师用于设计物理装备110。在这种情况下，系统102可从工程界面B141接收设计输入。基础设施100的模拟的结果可由设计工程师用来提高每个部件111-113的设计的性能和效率。
在另一个示例中，基础设施100用于预测物理装备在与物理装备的实际操作不同的各种场景中的行为。以此方式，可确定物理装备的新的且更有效的操作场景。这些新场景可优化物理装备的操作，例如以实现最大生产率、最小能耗等。这种“假设”分析可用于工程设计目的，或用于训练目的。
在另一个示例中，基础设施100用于将模拟的结果与物理装备的实时数据进行比较(即，GAP分析)。这允许工程师了解到物理装备的一些部件并未像预期那样执行，并且需要对所述部件进行维护或其他介入。
图2是对物理装备或其一部分的操作进行建模的示例性方法200的流程图。如图1所述，物理装备包括至少第一部件和第二部件，所述至少第一部件和第二部件具有至少一个物理连接。在图2的实施方案中，当期望对物理装备进行模拟，例如以用于操作、设计或训练目的时，方法200在方框202处开始。在这种情况下，物理部件中的每一个可具有在相关联的计算机系统上运行的对应的模型。对应的模型被设计来对物理部件的操作进行模拟和建模。当通过图1的界面A140或界面B141从人类用户接收到对应的命令时，方法200在方框202处从系统102开始。接着，方法200在方框204处从部件111-113接收实时数据。实时数据可包括部件之间的物理连接的实时操作数据。例如，数据可包括质量流速、材料组成描述、材料流表征、压力值、温度读数、控制协议消息、轴速度或轴扭矩。作为示例，可每秒更新实时数据，并且可通过加密链路发送实时数据。部件内的传感器可触发更新的发送，以反映被监测的参数的变化。
作为说明(材料流的示例)，一个部件可通过物理管道连接到另一个部件，材料通过所述物理管道在部件之间流动。在这种情况下，部件中的每一个可从自己那一侧测量与材料流有关的各种参数。这些参数可被视为部件之间的边界条件。当不同的模型独立地操作时，不同的模型可预测共享边界处的压力、温度、材料组成等等的不同值。
例如，每个模型可包括计算特定的微分方程、积分方程、启发式近似法、查找表，以及用于模拟被建模部件的行为的其他方法，例如通过使用模拟软件。这些方程可能需要被称为为边界条件或极限的输入和输出，所述输入和输出可从其他模型接收。当每个模型独立地操作而不频繁地更新边界条件时，总体系统的准确性可能不理想。有利地，且如下所述，本技术允许一个模型从其他模型接收关于这些共享边界条件参数的输入。模拟软件的示例包括可购自美国马萨诸塞州纳蒂克的MathWorks公司(MathWorks,Inc.,of NatickMassachusetts,USA)的MATLAB。其他合适的模拟软件包括可通过提供描述设备随时间变化的状态的一组参数的值作为输出来模拟物理装备的行为的软件。在一个示例中，软件基于离散时间接收输入并计算输出，使得在模拟的每个时间步长处接收/提供输入和输出。模拟的时间步长可以是固定的或可变的。在每个时间步长之间，模拟软件可对描述所述设备的一组方程进行求解(其中所述方程形成设备的模型)。示例性方程包括时间微分方程(例如，其中函数的导数被给出为独立变量的显函数的微分方程，所述独立变量通常假定为时间)、神经网络方程、有限脉冲响应(FIR)模型、状态空间模型等。模型可以是随时间变化或不随时间变化的。在一个特定示例中，可采用离散型方程，其中时间变量以及所有其他变量(输入/输出)都被视为与连续的时间步长(例如，t0、t1、t2、…、tk、tk+1、…)相关的一系列值。一旦在时间tk处提供了模型/方程的输入，模拟就提供与时间tk+1相关的输出。这些输出也可以是下一个时间步长计算的输入，以此类推。tk+1与tk之间的差值是步长大小，所述步长大小在模拟期间可以是固定的或可变的。
在一个示例中，在例如通过连接151a-151c从部件接收实时数据之后，方法200在方框206处用来自部件111-113的实时数据来更新模型121-123。在一个示例中，方法200在方框206处通过经由连接150a-150c向模型中的每一个发送数据报文以交换直接从部件接收的、从其他模型接收的或从两者接收的数据来更新模型。可在每个模拟循环(例如，诸如方框204→方框206→方框208→方框210→方框212→方框204的循环)处用实时数据更新模型，每特定数量的模拟循环更新一次，在用户从界面140-141进行请求时更新，或者在检测到模拟结果与实时数据之间的显著差异、从而使刷新成为必需时更新。
继续上文描述的材料流示例，模型中的每一个在每个模拟循环开始时可接收压力、温度、材料组成以及由其他部件的其他参数。然后，为了考虑到新更新的参数，可诸如通过重新计算方程等来对每个模型进行迭代。
接着，方法200在方框208处通过连接150a-150c从每个模型接收操作参数数据，存储参数，并且基于内部逻辑向其他模型分发所述参数，所述内部逻辑知晓物理装备110的总体拓扑结构和物理连接130a-130c的配置。例如，可确定总体系统的拓扑图，包括每个连接的位置的。根据确定的拓扑图，每个部件、每个连接和每个模型之间的逻辑关系可列出哪些部件与其他部件具有共同的输入和输出。基于此逻辑映射，方法200可向与各个部件有关联的各个模型提供感兴趣的参数(例如，来自共享连接的部件的参数)。再次，为了考虑到新更新的参数，可通过模拟软件对模型进行迭代。
作为示例，物理装备的拓扑结构和模型之间的连接以及模型的更新可由应用程序的用户提供，而不是预先限定的。例如，用户在配置应用程序时可通过边界条件限定模型之间的每个连接，诸如限定一个模型的哪个输出变量是另一个模型的输入变量。
在一个实施方案中，在方法200的方框210处，系统102经由连接150a-150c向每个单个模型121-123发送命令以开始模拟并且用所接收的操作参数模拟限定量的时间。每个软件模拟程序模拟由系统102请求的限定量的时间，从而将描述部件111-113的物理行为的方程整合若干次，次数由将要模拟的时间量和软件模拟程序的时间步长大小限定。有利地，在模型之间交换物理连接130a-130c的操作参数有助于模型的即时同步，使得模拟可在持续进行的基础上运行，而不是通过手动的离线过程来运行。
接着，方法200在方框212处等待所有模型完成对请求量的时间的整合，然后循环回到方框204。例如，在操作者训练系统中，在每个操作者发起改动之后，方法200可循环回到方框204，使得操作者发起的改动的影响可由所有模型处理以便向操作者提供结果。在另一个示例中，方法200可被配置为连续地循环回到方框204，以便对物理装备的时间相关演变进行建模。在另一个示例中，在工程设计情况中，方法200可被配置为循环回到方框204，以便测试在工程设计过程期间由操作者对各种参数作出的改动。
接着，将关于物理装备的特定示例和通过基础设施100连接的相关单个模型来阐述本文描述的技术的特定工作示例。对这些示例的描述仅作为示例，并且不意图限制所公开的技术的范围，所述技术可应用于其中要部署和管理多个独立部件的任何工业过程。
图3A示出通常可在由两个不同的制造商提供的工艺装备中使用的示例性双压缩机单区段物理装备300。物理装备300包括两个压缩机，即第一压缩机301和第二压缩机302。第一压缩机301和第二压缩机302通过由管道、阀和法兰表示的物理连接330物理地连接，所述物理连接330作为过程连接对从第一压缩机离开并进入第二压缩机的流体流进行连接。第一压缩机301包括1级压缩机321和第一再循环阀311(例如，防喘振阀)，并且第二压缩机302包括2级压缩机322和第二再循环阀302。物理过程连接330的特征在于具有特定气体组成、温度、压力等的材料流。通常，这可以是适用于回注装备的方案，其中气举压缩机(较低压力)由一个制造商提供，并且回注压缩机(较高压力注入到井中)由第二制造商提供。
在示出可如何使用上文描述的技术来模拟压缩机物理装备300的一个实施方案中，用于对物理装备300的操作进行建模的系统(例如，图1的系统102)可包括用于对第一压缩机301进行建模的第一模型和用于对第二压缩机302进行建模的第二模型。第一模型和第二模型可在与相应的压缩机301、302协同定位的嵌入式控制器上操作。在这种情况下，可利用系统102在包括气体组成、温度和压力读数的参数方面对物理装备300进行建模。方法200在方框204(图1)处可从压缩机301、302中的每一个接收气体组成、温度和压力读数。方法200在方框206(图2)处可随后给压缩机301提供来自压缩机302的气体组成、温度和压力读数，并且给压缩机302提供来自压缩机301的气体组成、温度和压力读数。此外，方法200在方框208(图2)处还可从与压缩机301、302中的每一个有关联的模型接收信息。接着，方法200在方框210、212(图2)处可允许模型(即，与压缩机301和压缩机302有关联的模型)中的每一个通过整合的操作数据等在预限定的步长时间(对于所使用的特定建模技术适当的步长时间；参见上文)内执行模拟。以此方式，与每个压缩机301、302有关联的模型将接收并考虑到来自其他压缩机的实时压缩机数据(例如，气体组成、温度和压力读数)，并且执行对物理装备300的整体模拟/建模。
图3B示出有关如何使用基础设施100对图3A所描绘的物理装备进行建模并且连接模型的示例。第一模型351涵盖并模拟第一压缩机301。第二模型352涵盖并模拟第二压缩机302。边界条件(即，与两个部件之间的物理连接330相关的操作参数353)是两个部件之间的材料流的气体组成、温度、压力等。感兴趣的操作参数353在每个方向上可以是不同的，并且第一压缩机模型351可向第二压缩机模型352发送材料、温度和组成信息。另外，第二压缩机模型352可向第一压缩机模型351发送压力、温度和组成信息。在例如过程阀启动或切断或失常的模拟场景中，两个部件之间的交叉处的参数和过程条件是未知的，并且是两个压缩机、过程阀以及其控制系统之间的动态交互的结果。
图4示出简化的甲烷液化物理装备400(例如，在工业应用中被称为LNG)的示例。物理装备400包括：具有丙烷和混合制冷剂压缩机的部件401中的两个压缩机组(在部件401的左手侧和右手侧上描绘这两个组)；以及液化部件402。部件401中的左手侧压缩机组包括丙烷压缩机410、燃气涡轮机驱动器411、冷却器412，并且部件401中的右手侧压缩机组包括构成混合制冷剂压缩机的压缩机413、冷却器414、压缩机415以及压缩机燃气涡轮机驱动器416。液化部件包括连接到丙烷压缩机410的丙烷预冷却热交换器420和再循环阀421，以及连接到混合制冷剂压缩机413和415的主要低温热交换器423和再循环阀422。丙烷压缩机410通过三个连接433-435连接到预冷却部件420，由材料组成、温度和压力来表征的气相流过所述三个连接433-435。连接431将混合制冷剂压缩机连接到主要低温热交换器，所述连接由气相的材料组成、温度和压力交换来表征。在主要低温热交换器中，发生了首先通过预冷却区段420并最终通过液化区段423的甲烷原料气的液化，这是由从气相转变为液相(例如，穿过预冷却部件420进入热交换器423)以便通过LNG船来存储和运输的料流来表征。
在示出可如何使用上文描述的技术来模拟液化物理装备400的一个实施方案中，用于对物理装备400的操作进行建模的系统(例如，图1的系统102)可包括：用于部分地对部件401进行建模的第一模型，所述部件401包括丙烷压缩机410；以及用于对部件402进行建模的第二模型，所述部件402部分地包括预冷却热交换器420。第一模型和第二模型可在与丙烷压缩机410和预冷却热交换器420协同定位的嵌入式控制器上操作。在这种情况下，可利用系统102在包括流体相、温度和压力读数的参数方面对物理装备400进行建模。方法200在方框204(图1)处可从丙烷压缩机410和预冷却热交换器420中的每一个接收流体相、温度和压力读数。方法200在方框206(图2)处可随后给丙烷压缩机410提供来自预冷却热交换器420的气体组成、温度和压力读数，并且给预冷却热交换器420提供来自丙烷压缩机410的气体组成、温度和压力读数。此外，方法200在方框208(图2)处还可从与丙烷压缩机410和预冷却热交换器420有关联的模型接收信息。接着，方法200在方框210、212(图2)处可允许模型(即，与丙烷压缩机410和预冷却热交换器420有关联的模型)中的每一个通过整合的操作数据等在预限定的步长时间(对于所使用的特定建模技术适当的步长时间；参见上文)内执行模拟。以此方式，与丙烷压缩机410和预冷却热交换器420有关联的模型将接收并考虑来自其他压缩机的实时压缩机数据(例如，气体组成、温度和压力读数)，并且执行对物理装备400的整体模拟/建模。
本文对特定的石油和天然气工业物理装备示例的描绘仅打算用于举例目的，并且不打算进行限制。事实上，如熟悉物理装备建模的人员可能容易理解的，众多工业利用具有多个复杂而昂贵的部件的复杂的物理装备、工厂、控制系统等。在这类情况下，本文描述的系统和技术可用于对这类物理装备或工厂的操作进行建模。
鉴于前述内容，物理装备建模系统的实施方案可允许对多部件工业物理装备进行模拟和/或建模。技术效果是，通过使用更频繁地同步的更准确的模型，减少了诸如石油和天然气基础设施的物理装备基础设施的设计或测试的循环时间。这允许容易优化物理装备的操作参数，使得基础设施以更高的效率水平操作。通过允许用一组交互模型进行操作参数的频繁同步，可快速地更新不同的模型以更准确地表示物理装备的实时操作。此外，这种物理装备建模可允许工程团队使用来自现有基础设施的认知来告知新基础设施的设计和实现方式。另外，可使用所述系统进行对复杂的物理装备的操作者的训练，使得能够出于训练目的对诸如装备启动、关闭和对临界条件的反应的各种场景进行模拟。
在权利要求提到多个元件时引用短语“…中的至少一个”的意义上，这意图表示所列元件中的至少一个或多个，并且不限于至少一个的每个元件。例如，“元件A、元件B和元件C中的至少一个”意图指示单独元件A、单独元件B、或单独元件C、或其任何组合。“元件A、元件B和元件C中的至少一个”不意图限于至少一个元件A、至少一个元件B和至少一个元件C。
本说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及执行所涵盖的任何方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如果其他此类示例的结构要素与权利要求的字面意义相同，或者如果此类示例包括的等效结构要素与权利要求的字面意义无实质差别，则此类示例也意图属于权利要求的范围。
如本领域技术人员将了解，本发明的各方面可体现为图1的系统102、连接150a-150c和151a-151c以及界面140-141、图2的方法200或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可采用以下形式：完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合了软件方面与硬件方面的实施方案，所述实施方案在本文中全部可总体上称为“服务”、“电路”、“电路系统”、“模块”和/或“系统”。此外，本发明的各方面可采用体现在一种或多种计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一种或多种计算机可读介质具有在其上体现的计算机可读程序代码。
可利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下介质：具有一根或多根导线的电连接；便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便捷式致密盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储供指令执行系统、设备或装置使用或者与所述指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何有形介质。
在计算机可读介质上实施的程序代码和/或可执行指令可使用任何适当的介质来传送，所述介质包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、RF等或前述的任何合适的组合。
用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可用一种或多种编程语言的任何组合来编写，所述编程语言包括面向对象的编程语言，诸如Java、Smalltalk、C++等等，以及常规程序性编程语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可完全在用户的计算机(装置)上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立的软件包执行，部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可连接到外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。
本文中参考根据本发明的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图解和/或框图来描述本发明的各方面。将理解，流程图图解和/或框图的每个方框以及流程图图解和/或框图中的方框的组合可由计算机程序指令实施。可将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以便产生一种机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个方框中所指定的功能/动作的手段。
还可将这些计算机程序指令存储在可引导计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定方式起作用的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生一种制品，所述制品包括实施流程图和/或框图的一个或多个方框中所指定的功能/动作的指令。
还可将计算机程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以致使在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行一系列操作步骤来产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施流程图和/或框图一个或多个方框中所指定的功能/动作的过程。

Claims (14)

1.一种用于对物理装备的操作进行建模的系统，所述物理装备包括至少第一部件和第二部件，所述至少第一部件和第二部件具有至少一个物理连接，并且所述系统包括控制器，所述控制器被配置来：
从所述第一部件的第一模型接收所述物理连接的第一模型操作参数，并且从所述第二部件的第二模型接收所述物理连接的第二模型操作参数；
用所述第二模型操作参数来更新所述第一模型，并且用所述第一模型操作参数来更新所述第二模型；
从所述第一部件和所述第二部件接收实时操作数据；并且
用从所述第二部件接收的所述实时操作数据来更新所述第一模型，并且用从所述第一部件接收的所述实时操作数据来更新所述第二模型。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一模型在第一计算机系统上运行，并且所述第二模型在第二计算机系统上运行。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述系统还被配置来：
从训练用户界面接收模拟输入，所述模拟输入包括所述第一部件的第一输入参数和所述第二部件的第二输入参数；
用所述第一输入参数来更新所述第一模型并且用所述第二输入参数来更新所述第二模型，其中所述第一输入参数和所述第二输入参数实现所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数；并且
向所述训练用户界面输出所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数。
4.如权利要求1或2所述的系统，其中所述系统还被配置来基于所述更新的第一模型和第二模型对包括所述第一部件和所述第二部件的物理装备的操作进行模拟。
5.如权利要求1或2所述的系统，其中所述至少一个物理连接包括在所述第一部件与所述第二部件之间流动的材料流，并且所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数各自包括质量流、材料组成、压力或温度中的一个或多个。
6.如权利要求1或2所述的系统，其中所述至少一个物理连接包括连接所述第一部件与所述第二部件的旋转轴，并且所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数包括轴速度或轴扭矩中的一个或多个。
7.如权利要求1或2所述的系统，其中所述至少一个物理连接包括在所述第一部件与所述第二部件之间的控制信号，并且所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数包括控制信号参数。
8.一种对物理装备的操作进行建模的方法，所述物理装备包括通过至少一个物理连接来连接的至少第一部件和第二部件，并且所述方法包括：
从所述第一部件的第一模型接收所述物理连接的第一模型操作参数，并且从所述第二部件的第二模型接收所述物理连接的第二模型操作参数；
用所述第二模型操作参数来更新所述第一模型，并且用所述第一模型操作参数来更新所述第二模型；
从所述第一部件和所述第二部件接收实时操作数据；以及
用从所述第二部件接收的所述实时操作数据来更新所述第一模型，并且用从所述第一部件接收的所述实时操作数据来更新所述第二模型。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一模型在第一计算机系统上运行，并且所述第二模型在第二计算机系统上运行。
10.如权利要求8或9所述的方法，所述方法还包括：
从训练用户界面接收模拟输入，所述模拟输入包括所述第一部件的第一输入参数和所述第二部件的第二输入参数；
用所述第一输入参数来更新所述第一模型并且用所述第二输入参数来更新所述第二模型，其中所述第一输入参数和所述第二输入参数实现所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数；以及
向所述训练用户界面输出所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数。
11.如权利要求8或9所述的方法，所述方法还包括模拟具有所述第一部件和所述第二部件的物理装备的操作，所述模拟基于所述更新的第一模型和第二模型。
12.如权利要求8或9所述的方法，其中所述至少一个物理连接包括在所述第一部件与所述第二部件之间的材料流，并且所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数包括质量流、材料组成、压力或温度中的一个或多个。
13.如权利要求8或9所述的方法，其中所述至少一个物理连接包括连接所述第一部件与所述第二部件的旋转轴，并且所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数包括轴速度或轴扭矩中的一个或多个。
14.如权利要求8或9所述的方法，其中所述至少一个物理连接包括在所述第一部件与所述第二部件之间的控制信号，并且所述第一模型操作参数和所述第二模型操作参数包括控制信号参数。
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