CN112784328A - 用于开发自动化系统模型的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于开发自动化系统模型的系统和方法。工业CAD系统补充有如下特征，这些特征允许开发者容易地将自动化系统的机械CAD模型转换成能够在模拟平台内进行模拟的动态数字孪生。这些特征允许用户利用CAD环境中的“方面”来标记机械CAD绘图的所选择的元件。这些方面标记将所选择的机械元件标记为特定类型的工业资产或控制元件。基于这些标记，CAD平台基于用来标记每个元件的方面的类型，将机电元数据与所选择的元件相关联。该机电元数据限定了所选择的元件在虚拟模拟环境内的行为(例如，移动、速度、力等)，从而将机械CAD模型变换成动态数字孪生，可以将该动态数字孪生导出至模拟和测试平台。

Description

用于开发自动化系统模型的系统和方法

技术领域

本文公开的主题总体上涉及工业自动化系统，并且更特别地，涉及与设计自动化系统有关的机械工程和控制工程工作流程。

背景技术

在高层级，设计新的工业自动化系统通常涉及两个单独但相互关联的工程工作，以在一方面开发机械方面并且在另一方面开发控制方面。机械工程可以涉及：选择或设计将组成新系统的机器(例如，工业机器人、加工站、传送机、操作者工作站、运动设备、马达、气动致动器等)；确定这些机器的合适位置和取向；选择和定位用于将状态和操作数据馈送至控制设备的传感器等。基于该机械设计，控制工程师设计用于电力连接和数据连接两者的电气系统，开发要由一个或更多个工业控制器执行以控制自动化系统的行为的控制代码(例如，梯形逻辑、顺序功能图、功能框图、结构化文本等)，设置设备配置(例如，马达驱动器参数设置)并且开发用于可视化机器状态和警报的人机接口(HMI)。作为开发处理的一部分，控制工程师还可以执行数字模拟，该数字模拟针对机械系统的虚拟化(例如，数字孪生)测试控制编程。

考虑到这两个工程线程，用于设计、编程和测试工业自动化系统的常规工程工作流程通常需要使用用于机械工程和控制工程的单独的设计工具。图1是示出用于与设计工业自动化系统有关的机械工程和控制工程的单独的设计平台的使用的图。机械工程师可以在计算机辅助设计(CAD)平台104中开发如数字三维(3D)机械模型102的机械设计。基于该机械模型102和期望的操作序列的知识，控制工程师可以在一个或更多个控制设计平台106中设计控制系统(包括电气设计、I/O限定和控制编程)，该一个或更多个控制设计平台106可以包括工业控制器编程应用、电气绘图应用、设备配置应用、HMI开发应用或其他这样平台。例如，控制工程师可以参考相关的机械设计，基于系统中存在的马达、驱动器、致动器、安全设备或其他工业资产来确定控制新的自动化系统所需的I/O点的列表、以及将工业控制器标签映射到这些I/O点并生成用于执行期望的自动化序列的控制编程。

控制设计平台106还可以包括数字模拟平台，该数字模拟平台针对自动化系统的虚拟模型来仿真控制程序的执行，以测试控制编程和机械设计，即，被称为虚拟调试的处理。这样的模拟平台可以响应于所仿真的工业控制器上控制程序的执行而模仿自动化系统的机械资产的行为，使得可以验证正确的操作。在物理系统的调试期间，已完成的控制代码、设备配置和HMI应用将被下载到自动化系统的适当现场设备108。

由于机械设计平台与控制设计平台之间通常不存在直接链接，因此必须将CAD侧对机械设计所做的改变传送给控制工程师，使得在必要时可以相应地更新控制设计。因此，如果两个工程团队并行工作并且修改其各自的设计，则可能难以保持机械设计与控制设计之间的同步。此外，因为在CAD平台104上开发的机械模型102不能进行仿真，并且因此不能用于虚拟调试，因此如果要经由模拟来测试系统设计，则必须与机械CAD模型102分开地开发自动化系统的能够虚拟模拟的模型(例如，数字孪生)，以在调试之前在虚拟域中测试控制编程。

发明内容

以下呈现简化的概述，以提供对本文中所描述的一些方面的基本理解。该概述既不是广泛综述，也不旨在标识关键/重要元件或者描绘本文中描述的各个方面的范围。该概述的唯一目的是以简要的形式给出一些概念作为随后要给出的更详细的描述的序言。

在一个或更多个实施方式中，提供了一种用于开发自动化系统模型的系统，该系统包括用户接口部件，其被配置成接收机械设计输入数据；以及机械建模部件，其被配置成基于机械设计输入数据来生成工业自动化系统的三维(3D)机械模型，其中，用户接口部件还被配置成接收方面规范输入数据，该方面规范输入数据将3D机械模型的所选择的元件标记为工业自动化系统的指定方面，并且可执行部件还包括方面元数据部件，该方面元数据部件被配置成根据方面输入数据将方面元数据分配给所选择的元件，该方面元数据限定所选择的元件的模拟行为，以产生工业自动化系统的能够在模拟平台内根据模拟行为进行模拟的数字孪生。

此外，一个或更多个实施方式提供一种用于创建工业自动化系统的模拟模型的方法，该方法包括：通过计算机辅助设计(CAD)系统接收机械设计输入数据；通过CAD系统基于机械设计输入数据来生成工业自动化系统的三维(3D)机械模型；通过CAD系统接收方面规范输入数据，该方面规范输入数据将3D机械模型的所选择的部件标记为工业自动化系统的指定方面；以及通过CAD系统基于方面输入数据将方面元数据分配给所选择的部件，该方面元数据限定所选择的部件的模拟行为，其中，分配方面元数据将机械模型转换成工业自动化系统的能够在模拟平台内根据模拟行为进行模拟的数字孪生。

此外，根据一个或更多个实施方式，提供一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质上存储有指令，所述指令响应于被执行而使计算机辅助设计(CAD)系统执行操作，所述操作包括：接收机械设计输入数据；基于机械设计输入数据来生成工业自动化系统的三维(3D)机械模型；接收方面规范输入数据，该方面规范输入数据将指定方面与3D机械模型的相应元件相关联，所述方面将所述元件标识为自动化系统的相应控制元件；以及根据方面输入数据，将与指定方面对应的方面元数据分配给所选择的元件，方面元数据限定所选择的元件的模拟行为，其中，分配方面元数据使3D机械模型转换成能够在模拟平台内根据由方面元数据限定的模拟行为来模拟工业自动化系统的行为的数字孪生。

为了实现前述及有关目的，在本文中结合以下描述和附图对某些说明性方面进行描述。这些方面指示可以实践的各种方式，所有这些方式均旨在被涵盖在本文中。根据下面结合附图考虑时的具体实施方式，其他优点和新型特征可以变得明显。

附图说明

图1是示出与设计工业自动化系统有关的针对机械工程和控制工程使用单独的设计平台的图。

图2是支持利用控制方面对3D机械CAD模型进行标记以促进动态数字孪生的创建的示例CAD系统的框图。

图3是也支持利用控制方面对自动化系统的3D模型进行标记的示例控制设计和测试系统的框图。

图4是示出使用CAD系统创建工业自动化系统的机械模型的图。

图5是示出将方面元数据添加到机械模型以产生自动化系统的增强数字模型的图。

图6是可以由CAD系统呈现并且用于将方面元数据分配给机械CAD模型的示例接口显示。

图7是示出基于向机械模型分配方面元数据来创建自动化系统项目的主I/O列表的图。

图8是已利用方面元数据标记的示例CAD文件的图示。

图9是示出了作为虚拟调试过程的一部分的将增强数字模型导出至控制设计和测试平台的图。

图10是示出了使用增强数字模型以在控制程序的控制下虚拟地模仿物理自动化系统的行为的控制设计和测试平台内的组合的机械和控制设计的模拟的图。

图11是示出将控制设计更新提交给控制设计和测试平台的图。

图12是示出将更新的数字模型从控制设计和测试平台导入CAD系统中的图。

图13是用于开发工业自动化系统的机械CAD模型并且将该模型配置成充当在模拟平台内执行的动态数字孪生的示例方法的流程图。

图14是用于与系统的机械设计并行地生成自动化系统的动态数字孪生和相关联的主I/O列表的示例方法的流程图。

图15是示例计算环境。

图16是示例联网环境。

具体实施方式

现在参照附图描述本主题公开内容，其中，贯穿全文使用相同的附图标记指代相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多特定细节以提供对其的透彻理解。然而，会明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本主题公开内容。在其他实例中，以框图的形式示出公知的结构和设备以便于对其进行描述。

在本申请中使用的术语“部件”、“系统”、“平台”、“层”、“控制器”、“终端”、“站”、“节点”、“接口”意在指代计算机相关实体、或与具有一个或更多个特定功能的操作装置相关的或作为该操作装置的一部分的实体，其中，这样的实体可以是硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于：在处理器上运行的进程、处理器、硬盘驱动器、包括附接(例如，螺丝拧紧或螺栓固定)或可移除附接的固态存储驱动器的(光存储介质或磁存储介质的)多个存储驱动器；对象；可执行体；执行线程；计算机可执行程序和/或计算机。通过说明的方式，运行在服务器上的应用和服务器二者可以是部件。一个或更多个部件可以驻留在进程和/或执行的线程内，并且部件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。此外，本文中所描述的部件可以根据其上存储有各种数据结构的各种计算机可读存储介质来执行。部件可以经由本地和/或远程处理例如根据具有一个或更多个数据包的信号(例如，来自经由信号与本地系统、分布式系统中的另一部件和/或跨网络例如因特网与其他系统进行交互的一个部件的数据)进行通信。作为另一示例，部件可以是具有由电气或电子电路操作的机械部件提供的特定功能的装置，电气或电子电路由处理器执行的软件或固件应用来操作，其中，处理器可以在装置内部或外部并且执行软件或固件应用的至少一部分。作为又一示例，部件可以是通过电子部件而无需机械部件提供特定功能的装置，电子部件可以包括处理器以执行至少部分地提供电子部件的功能的软件或固件。作为再一示例，(一个或更多个)接口可以包括输入/输出(I/O)部件及其相关联的处理器、应用或应用程序接口(API)部件。虽然前述示例针对部件的各方面，但是例示的方面或特征也适用于系统、平台、接口、层、控制器、终端等。

如本文中所使用，术语“推断”和“推测”通常是指根据经由事件和/或数据捕获的一组观察结果来推理或推断系统、环境和/或用户的状态的处理。例如，可以采用推断来标识特定环境或动作，或者可以生成关于状态的概率分布。推断可以是概率性的，即，基于对数据和事件的考虑而进行的对关注状态的概率分布的计算。推断还可以指用于根据一组事件和/或数据构造较高级别的事件的技术。这样的推断导致从一组观察到的事件和/或所存储的事件数据构造出新事件或动作，事件是否以紧密的时间接近度相关以及事件和数据是否来自一个或若干个事件和数据源。

此外，术语“或”旨在包容性的“或”，而非排他性的“或”。即，除非另外指明或者根据环境是清楚的，否则短语“X采用A或B”旨在表示任何自然的包括性排列。亦即，以下实例中的任何实例满足短语“X采用A或B”：X采用A；X采用B；或X采用A和B两者。此外，除非另外指明或者根据环境清楚地指向单数形式，否则本申请和所附权利要求中所使用的无量词修饰通常应当被解释为是指“一个或更多个”。

此外，文中使用的术语“集合”排除空集，例如其中没有元件的集合。因此，本主题公开内容中的“集合”包括一个或更多个元件或实体。作为说明，一组控制器包括一个或更多个控制器；一组数据资源包括一个或更多个数据资源；等等。同样地，本文中使用的术语“组”是指一个或更多个实体的集合，例如节点组指代一个或更多个节点。

将根据可以包括许多设备、部件、模块等的系统来呈现各个方面或特征。要理解和认识到，各个系统可以包括附加的设备、部件、模块等，和/或各个系统可以并非包括结合附图讨论的全部设备、部件、模块等。还可以使用这些手段的组合。

为了解决这些问题和其他问题，本公开内容的一个或更多个实施方式提供了工业CAD系统或其附加组件，其通过将机械和控制域集成到CAD平台中，使得CAD成为用于机械方面以及电气和控制接口信息的公共信息源，来简化自动化系统开发工作流程。根据一个或更多个实施方式，CAD系统可以结合有一组特征，该组特征使得用户能够在CAD环境内使用“方面”来标示或标记机械CAD图的所选择的元件。这些方面标记符号将所选择的机械元件标记为特定类型的工业资产或控制元件。例如，用户可以将机械CAD模型的所选择的元件或部件标记为某种类型的动态或运动学关节(例如，滑动关节、机器人关节、旋转关节等)、传送机、马达、夹持器(例如，机械夹持器、吸力夹持器等)、机械负载、传感器、执行器或另一类型的工业资产。这些方面还可以限定物理几何形状或机械设计的所选择的元件的属性。

当利用这些方面标记机械CAD模型的所选择的元件时，CAD平台基于用来标记每个元件的方面的类型，将模拟元数据与所选择的元件相关联。该模拟元数据在虚拟模拟的环境内限定了所选择的元件的行为(例如，运动的范围、方向和/或轴、运动约束、速度、力等)，从而将机械CAD模型转换成能够模拟的数字模型(例如，动态数字孪生)，该能够模拟的数字模型可以被导出至模拟和测试平台。在模拟和测试平台内，可以将所得到的增强模型连接至所仿真的工业控制器，以测试控制逻辑并监测自动化系统的模拟操作。以这种方式，可以通过CAD平台添加机械标记和模拟标记符号两者，以产生自动化系统的可用仿真和模拟模型。

图2是根据本公开内容的一个或更多个实施方式的示例CAD系统202的框图，该示例CAD系统202支持利用控制方面对3D机械CAD模型的标记，以促进动态数字孪生的创建。本公开内容中说明的系统、装置或者过程的各方面可以构成机器可执行部件，该机器可执行部件包含在(一个或更多个)机器内，例如包含在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质(或媒介)中。这样的部件在由一个或更多个机器——例如计算机、计算设备、自动化设备、虚拟机等——执行时，可以使机器执行描述的操作。

CAD系统202可以包括用户接口部件204、机械建模部件206、方面元数据部件208、模型导出部件210、模型导入部件212、一个或更多个处理器218和存储器220。在各种实施方式中，用户接口部件204、机械建模部件206、方面元数据部件208、模型导出部件210、模型导入部件212、一个或更多个处理器318和存储器320中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或通信地耦接，以执行CAD系统202的功能中的一个或更多个。在一些实施方式中，部件204、206、208、210和212可以包括存储在存储器220中并且由处理器218执行的软件指令。CAD系统202还可以与图2中未描绘的其他硬件和/或软件组件交互。例如，处理器218可以与一个或更多个外部用户接口设备例如键盘、鼠标、显示监测器、触摸屏或其他这样的接口设备交互。

用户接口部件204可以被配置成接收用户输入并以任何合适的格式(例如，视觉、音频、触觉等)将输出呈现给用户。在一些实施方式中，用户接口部件204可以在显示设备(例如，与桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话等相关联的显示设备)上呈现交互式显示屏，其中，显示屏用作3D机械设计平台的接口。用户接口部件204可以呈现可选的设计工具，并且经由与工具的交互来接收与工业自动化系统或机器的机械方面的设计有关的设计输入。用户接口部件204还可以根据设计输入来呈现自动化系统的3D图形表示。如将在本文中更详细地描述的，由用户接口部件204可用的设计工具包括一组自动化方面，该组自动化方面可以与被设计的自动化系统的机械元件或部件选择性地相关联。可供选择的方面基于在存储器220上维护的方面限定222，该方面限定222限定了可用方面以及相应方面的相关联的模拟数据，其可以由模拟平台用于模拟工业模拟环境内的各方面的操作或行为。

机械建模部件206可以被配置成基于由用户经由用户接口部件204提供的设计输入来生成自动化系统或机器的三维机械模型。方面元数据部件208可以被配置成根据从用户接收到的设计输入将方面元数据分配给机械模型的所选择的元件。如将在本文中更详细描述的，方面元数据将所选择的元件标记为特定类型的工业部件或机器(例如，特定类型的关节、马达、传感器、传送机等)或标记为具有特定的物理几何形状或行为。分配给给定元件的方面元数据是从方面限定222中的一个或更多个方面限定获得的，方面限定222对应于分配给该元件的相应的一个或更多个方面。将该方面元数据添加到机械模型中可以产生自动化系统的增强的机械模型(例如，动态数字孪生)，该增强的机械模型可以在模拟平台内执行，以在工业控制程序的控制下模仿自动化系统的行为。

模型导出部件210可以被配置成将增强的机械模型导出至外部系统，例如控制设计平台或模拟平台。模型导入部件212可以被配置成从这样的外部系统导入增强的机械模型。在一些情况下，增强的机械模型或其关联的方面元数据可能已由外部系统修改。这些修改由模型维护，并且因此随模型导入回到CAD系统202中，从而维持机械工程与控制工程之间的同步。

一个或更多个处理器218可以执行本文参考所公开的系统和/或方法描述的一个或更多个功能。存储器220可以是计算机可读存储介质，其存储用于执行本文参照所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。

图3是示例控制设计和测试系统302的框图，该示例控制设计和测试系统302还支持利用控制方面对自动化系统的3D模型进行标记。控制设计和测试系统302可以包括用户接口部件304、模拟部件306、控制器仿真部件308、方面元数据部件310、模型导入部件312、一个或更多个处理器318、以及存储器320。在各种实施方式中，用户接口部件304、模拟部件306、控制器仿真部件308、方面元数据部件310、模型导入部件312、一个或更多个处理器318以及存储器320中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或通信地耦接，以执行控制设计和测试系统302的功能中的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件304、306、308、310和312可以包括存储在存储器320中并且由处理器318执行的软件指令。控制设计和测试系统302还可以与图3中未描绘的其他硬件和/或软件组件交互。例如，处理器318可以与一个或更多个外部用户接口设备例如键盘、鼠标、显示监测器、触摸屏或其他这样的接口装置交互。

用户接口部件304可以被配置成接收用户输入并以任何合适的格式(例如，视觉、音频、触觉等)将输出呈现给用户。在一些实施方式中，用户接口部件304可以在显示设备(例如，与桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话等相关联的显示设备)上呈现交互式显示屏，其中，显示屏用作控制设计和/或模拟平台的接口。用户接口可以显示正在对所仿真的工业控制程序进行测试的自动化系统的虚拟3D模拟，基于该模拟以及其他这样的信息来呈现表示自动化系统的预期性能的操作统计。在一些实施方式中，用户接口部件304还可以呈现可选择的设计工具，并且经由与工具的交互接收与工业自动化的配置方面(例如，虚拟系统的设备与工业控制器之间的I/O连接)有关的设计输入。与上述CAD系统202相似，由用户接口部件304可用的设计工具可以包括一组自动化方面，该组自动化方面可以与被设计的自动化系统的机械元件或部件选择性地相关联。可供选择的方面基于在存储器320上维护的方面限定322，该方面限定222限定了可用方面以及相应方面的相关联的模拟数据，其可以由模拟平台用于模拟工业模拟的环境内的各方面的操作或行为。

模拟部件306可以被配置成在工业控制程序的控制下模拟工业自动化系统的虚拟化模型的操作。控制器仿真部件308可以被配置成仿真在虚拟化的(或仿真的)工业控制器上正在测试的工业控制程序的执行。

方面元数据部件310可以被配置成根据从用户接收到的设计输入来将方面元数据分配给自动化系统的数字模型的所选择的元件(类似于CAD系统202的方面元数据部件208)。模型导入部件212可以被配置成导入自动化系统的机械CAD模型或系统的另一类型的数字模型。

一个或更多个处理器318可以执行本文参考所公开的系统和/或方法描述的一个或更多个功能。存储器320可以是计算机可读存储介质，其存储用于执行本文参照所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。

图4是示出使用CAD系统202创建工业自动化系统的机械模型的图。在一些实施方式中，CAD系统202可以在客户端设备上执行，该客户端设备例如是桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动设备、可穿戴AR/VR电器等。在其他实施方式中，CAD系统202可以在云平台或具有访问系统202的授权的多个用户可访问的另一高级平台上执行。在这样的实施方式中，客户端设备可以远程地访问CAD系统的设计工具，并且利用这些工具来开发所设计的自动化系统的机械模型。

用户接口部件204可以经由客户端设备的显示硬件来呈现图形接口显示。通过与这些接口显示的交互，用户可以提交指定所设计的自动化系统的机械方面的机械设计输入404。例如，机械设计输入404可以指定表示要包括在机械设计中的机械结构或设备的三维形状。这些形状可以以图形形式来表示工业资产例如工业机器人、传送机、工具机器、马达、马达驱动器、传感器、管路、管道、平台、安全门和栅栏、控制柜或其他这样的资产。机械设计输入404还可以指定这些图形表示相对于彼此的位置和取向、机械元件之间的物理连接或其他这样的机械属性和关系。机械建模部件206根据由机械设计输入404限定的图形表示及其关系，生成自动化系统(例如，机器装配、生产线等)的3D机械模型402。

根据各种实施方式，可以经由用户接口部件204以任何合适的格式提交机械设计输入404。例如，由用户接口部件204呈现的图形接口显示可以包括：在其上呈现机械模型402的工作空间或画布；以及工具栏，用户可以从工具栏中选择2D或3D绘图工具或预定义的形状或部件以包含在模型402中的相关联。在一些实施方式中，可以将表示机械部件的形状从工具栏拖动到主工作空间中，或者以其他方式添加到工作空间，以在模型402中进行放置和定向。工作空间中的形状或形状集合可以经由与图形接口的交互来操纵。例如，设计者可以与选择的形状、形状的集合或整个模型402交互，以在虚拟三维空间内旋转、链接或重定位形状。机械模型402的添加或修改被存储在表示模型402的CAD文件(例如，零件或组件文件)内。

所得的机械模型402对所设计的自动化系统的机械布局进行编码。然而，在这一阶段，机械模型402实质上仅仅是适合于用作构建和安装自动化系统的指南的三维技术绘图。负责设计自动化系统的电气和控制系统的控制工程师也可以参考该模型402，以配合开发监测和控制新系统所需的控制器I/O列表、设计用于向该系统提供电力的配电线路以及生成控制编程。常规上，如果控制工程师希望通过在仿真系统的环境内在程序的控制下模拟自动化系统的操作来测试控制程序，则自动化系统的能够模拟的数字模型(例如，数字孪生)必须被单独开发并且链接至执行控制程序的仿真控制器。

为了简化该工作流程并且更快地生成自动化系统的数字孪生，CAD系统202的实施方式使得用户能够利用方面元数据来增强完成的机械模型402，该方面元数据将机械模型402转换成可以在模拟平台内执行以模仿系统的操作的自动化系统的能够模拟的数字模型。图5是示出将方面元数据508添加到机械模型402以产生自动化系统的增强数字模型502的图。在一个或更多个实施方式中，由用户接口部件204呈现的图形接口显示可以包括一个或更多个工具栏，其用于将方面元数据添加到机械模型402的所选择的元件或部件中。可用于选择的方面是基于存储在CAD系统202上(例如，存储在存储器220上)的方面限定222。

每个方面限定222限定一组物理、运动学或机电属性，其指示该方面在模拟环境中如何表现。由方面限定222限定的属性实质上反映了真实世界中的对应行为方面的物理行为和特性。CAD系统202根据限定了其物理属性的机械元件、控制元件或设备的类型对方面限定222进行分类。由用户接口部件204呈现的方面工具栏根据这些分类列出可用方面，以供用户选择。可以被选择并且应用于机械模型402的示例方面包括但不限于各种类型的动态或运动学关节(例如，滑动关节、旋转关节、机器人臂关节、铰链等)、诸如传送机的运动表面、马达、夹持器(例如，吸力夹持器、机械夹持器等)、传感器、气动或液压致动器(例如，推动器臂、止动器等)、辊或机械系统的其他这样的元件。

方面限定222的目录还可以包括各种类型的机器人端部执行器(例如，机械夹持器、吸力夹持器等)。端部执行器方面限定222可以为其对应的夹持器类型限定物理属性(例如，3D物理约束)，可以在控制模拟侧使用这些物理属性来更准确地模仿低抽象级别处的机器人零件处理行为的操作。例如，应用于机械模型402中限定的机器人的表示的吸力夹持器方面可以向模拟平台指示该机器人的端部执行器将被建模为吸力夹持器，从而吸力夹持器附近的产品可被假设为已被机器人(经由吸力)夹持，并且随后可以与机器人臂协同移动以模拟由机器人引起的零件的移动。相比之下，机械式夹持器方面可能隐含着与由夹持器引起的零件移动有关连的更复杂的物理过程。在机械夹持器方面的情况下，可以使用物理引擎的约束来在允许零件协同机器人的移动而移动(由于夹持器臂与产品表面之间的摩擦)之前，确定夹持器的侧面是否在适当的位置和角度接触产品的相应侧面。

一些方面限定222还可以限定可以与机械模型402的所选择的元件相关联的物理几何形状或属性。各方面还可以将在机械模型402内限定的所选择的机器指定为负载创建者，该负载创建者将具有指定形状和物理行为(例如，碰撞物理性质)的产品引入到自动化系统中；例如，经由向系统供料的传送机。

将方面元数据508添加到机械模型402的处理涉及将由机械模型402表示的所选择机械部件或设备标记为可用控制方面之一(由方面限定222之一表示)。标记工作流程的该方面可以通过经由与由用户接口部件204呈现的图形接口显示的交互来提交方面规范输入504来执行。例如，用户可以从方面工具栏中选择机器人关节的类型作为方面，并且随后选择机械模型402中的要标记为该类型关节的元件。响应于这些选择，方面元数据部件208将用于所选择类型的机器人关节的方面元数据508与机械模型402的所指示的部件相关联，从而将关节的静态机械表示转换成活动的虚拟控制元件，该活动的虚拟控制元件的行为可以在模拟平台内被虚拟模拟。从对应于所指示类型的方面的方面限定222中得出分配给所选择的机械部件的方面元数据508。

方面元数据508可以基本上限定可以被模拟平台识别和利用的任何类型的信息，以响应于控制输入或模拟力而准确地对对应机械部件的运行时移动或行为进行建模。取决于方面，方面元数据508可以包括可全局地应用于该方面的所有实例的默认固定值或属性、以及可以由用户定制以符合用户系统的细节的用户限定的元数据。图6是示例接口显示602，其可以由用户接口部件204呈现并且用于将方面元数据508分配给机械CAD模型402。在该示例中，接口显示602包括主工作空间606，在该主工作空间606上呈现所设计的自动化系统的机械模型402的3D CAD表示608。接口显示602可以响应于对控制方面选项卡630的选择而在主工作空间606上方呈现方面工具栏604。方面工具栏604显示表示控制方面或方面的类别的若干可选选项，这些可选选项可以经由与CAD表示608的交互来选择并添加到模型(例如，控制面板、传送机、动态接头、末端执行器、运动学接头、负载、马达、物理性质、物理几何形状、物理学组、传感器等)。

在图6所描绘的示例中，表示传送机612的CAD表示608的一部分将被标记为“直传送机”方面，将机械模型402的该部件标识为传送机并且将模拟元数据与传送机612的表示相关联，该传送机612的表示可以由单独的模拟平台利用来准确地模拟传送机612的行为。为了分配该方面，用户可以与接口显示602交互以从方面工具栏604中的传送机的下拉选择632选择“直传送机”选项，然后选择CAD表示608中的传送机612的表示(机械模型402的可视化)。响应于这些选择，方面元数据面板被呈现在主工作空间606的左侧，该方面元数据面板列出用于输入用户可限定的元数据值的许多字段614至628。这些用户可限定的元数据值是除了与“直传送机”方面相关联的固定的全局方面元数据值之外的值，其也与传送机612相关联。

通常，由用户接口部件204呈现的可用的用户可限定方面元数据值的列表基于所选择的特定方面。以这种方式，当用户将方面分配给机械模型402的部件时，用户接口部件204提示用户输入可以用于该所选择方面的任何用户限定的元数据字段的值。在所示示例中，用于传送机的用户可限定方面元数据508可以包括用于传送机612的前边缘614和后边缘616的限定——其可以由方面元数据部件208基于被分配传送机方面的机械传送机表示的形状来自动地标识，或者可以由用户明确地标识(例如，通过选择前边缘和后边缘以指示它们的位置)。此外，用户接口部件204可以提示用户输入这样的用户可限定的传送机方面元数据值，例如，传送机的运行速度618、加速度620或减速度622。还可以提示用户指定用于沿传送机传送产品的带的材料624，这可以影响基于材料的摩擦系数或其他物理属性对沿传送机的产品的模拟遍历。还可以请求用于传送机612的控制模式626(例如，开关控制、变速控制等)。

与图6所示的工作流程和图形接口相似的工作流程和图形接口可以用于将所选择方面元数据分配给其他类型的自动化系统部件。根据另一示例，用于气动推动器臂的方面元数据508可以限定推动器臂在机械模型402的三维坐标系内的线性移动方向、开始位置和移动范围。用户接口部件204还可以提示用户在启动时为推动器的移动速度提供用户限定的元数据值。

一些方面限定222(以及从这些限定222得出的对应方面元数据508)也可以限定所选择的机械部件的物理特性或约束，并且这些特性和约束可以随后由模拟平台参考以准确地模拟部件的移动和行为。这些特性可以包括但不限于：齿轮直径、齿轮比、摩擦系数、惯性、运动约束(例如，特定类型的机器人的已知运动轴和它们的对应运动约束)或其他这样的数据。取决于方面的类型，这些方面元数据值中的一些可以是用户限定的，而其他方面元数据值可以是预期适用于该方面的所有实例的固定全局特性。一些方面限定222还可以限定可执行脚本，该可执行脚本可以由单独的模拟平台执行并且应用于机械模型402的关联元件(例如，由用户利用对应方面标记的元件)，从而使该元件模仿模拟环境内其对应物理部件的行为。

一些方面限定222还可以为它们对应的资产指定控制I/O接口。例如，将传感器(例如，光电眼、接近开关等)的方面元数据508分配给表示传感器的数字模型402的所选择的元件可以将所选择的元件指定为数字输入设备，该数字输入设备响应于在传感器的检测范围内检测到对象而向工业控制器提供数字输入值。在这种场景下，检测范围可以是用户限定的方面元数据值。在另一示例中，用于推动器臂类型的方面元数据508可以指定，臂需要数字控制器输出以控制推动器臂的前进状态和缩回状态(例如，前进为ON，缩回为OFF)，以及需要两个数字输入以读取推动器臂的行进的最端处的相应的两个接近开关的状态，从而检测臂何时处于完全前进或完全缩回状态。通常，具有与工业控制器对接的已知或期望的I/O的系统部件的方面限定222可以限定监测和/或控制这些系统部件所需的输入和/或输出(模拟和数字)。当准备好在模拟和测试平台内模拟模型502时，该I/O信息可以促进增强数字模型502与仿真控制器之间的连接。

此外，在一些实施方式中，当将具有关联的I/O限定的方面添加到机械模型402时，方面元数据部件208可以自动利用由对应方面限定222限定的I/O点来填充系统I/O的聚合列表。图7是示出基于方面元数据508到机械模型402的分配为自动化系统项目创建主I/O列表702的图。当如上所述将方面选择性地分配给机械模型402的元件时，方面元数据部件208确定对应于该方面的方面限定222是否限定了该方面的输入或输出。除了将方面元数据508分配给机械模型402之外，在方面限定222中限定的任何方面I/O 706都被添加到自动化系统的主I/O列表702。该主I/O列表702可以以人类可读的格式呈现并且由控制工程师在设计控制系统和相关联的控制逻辑时进行参考。

在一些实施方式中，主I/O列表702可以与自动化系统的增强数字模型502集成或以其他方式与自动化系统的增强数字模型502存储在一起，使得I/O列表702与模型502一起传送。因此，增强数字模型502不仅包括新系统的3D布局，而且包括整个系统的I/O映射。该主I/O列表702可以根据指定的方面元数据508在控制系统的设计开始之前生成，从而为控制工程师提供有用的设计约束(即，操作自动化系统所需的I/O)。

一些方面元数据508还可以将机械模型402的部件指定为负载源，该负载源将产品的离散项目(例如，箱、行李、制造的零件、流体材料或其他这样的产品)引入到系统中。当将负载源方面标记应用于机械模型402的元件时，用户接口部件204可以提示用户为指定的负载源提供用户限定的操作参数，例如将产品引入系统的速率、产品的形状(例如，具有指定尺寸的箱或圆柱体、由柔性材料制成并具有随机可变形状的项目等)、与产品相关联的碰撞物理性质、或其他这样的特性。当随后将增强数字模型502导入模拟平台时，该模拟平台根据负载源方面元数据508，通过标记的负载源来模拟产品项目的释放。

在一些实施方式中，如上所述的用于利用方面元数据508标记3D机械模型402的功能可以作为插件或附加组件添加到现有的CAD应用中。在这样的实施方式中，方面元数据附加组件的安装使新的方面工具栏或功能区(例如，图6中所示的方面工具栏604)添加到CAD应用的现有开发接口中，并且将方面限定222加载到CAD应用中。新的工具栏列出了可以用于标记使用CAD应用的本地绘图和开发工具开发的机械模型402的方面。以这种方式，可以经由方面标记将机械CAD模型转换成动态数字孪生的处理容易地集成到已经在CAD平台上执行的现有设计工作流程中。同样，尽管上述示例假设机械模型402是在同一CAD系统202中创建的，其中模型402被用方面元数据508标记，但是一些实施方式可以导入在单独的CAD平台中开发的机械模型，并且使得用户能够利用方面元数据508标示这些导入的机械模型，以促进动态数字孪生的创建。

此外，一些实施方式可以使得用户(例如，资产拥有者、原始设备制造商、系统集成商等)能够使用户限定的方面限定222来扩展可以应用于CAD模型的可用方面。因此，除了由附加组件支持的可用方面标记(如由方面限定222限定的)的目录之外，用户还可以开发和添加其自己的方面(包括关联的模拟属性)并且将其添加到方面工具栏，其中，用户限定的方面可以被选择并且添加到机械CAD模型402作为方面元数据508。以这种方式，CAD系统202除了支持特定于行业的控制部件之外，还可以支持特定于公司的控制部件的限定。

当机械CAD模型402的元件被用如上所述的方面标记时，由该方面限定的方面元数据406与所选择的元件的CAD实体标识符相关联。图8是已经利用方面元数据508标记的示例CAD文件802的图示。通常，机械CAD绘图或模型的每个元件具有相关联的唯一CAD实体标识符(ID)804，该元件的属性808(例如，大小、颜色、方向、位置等)与该CAD实体标识符804相关联。还针对每个实体ID 804限定元件的类型806(例如，球体、立方体、直线等)。这些实体ID804通常是CAD平台的现有CAD框架固有的，并且给定CAD模型402的CAD文件802包括组成模型402的元件的实体ID 804。

当用户利用如上所述的方面标记机械模型402的所选择部件时，将所选择方面的方面元数据508与所选择部件的实体ID 804相关联地添加到模型的CAD文件802中。由于方面元数据508绑定至CAD文件的本地实体ID 804，因此方面元数据508被保留在CAD文件802本身内而不是单独的文件内，并且因此与CAD文件802一起传送。以这种方式，模型的CAD文件802可以被导入基本上任何模拟平台中作为自动化系统的能够模拟的增强数字模型502，并且每个实体ID 804的方面元数据508使模型402的对应元件被模拟平台识别为控制元件或激活元件。

如上所述，用方面元数据508标示机械模型402产生所设计的自动化系统的增强数字模型502，该增强数字模型502可以被导出至单独的模拟平台以进行虚拟调试。图9是示出了作为虚拟调试过程的一部分的将增强数字模型502导出至控制设计和测试系统302的图。一旦机械模型402已用方面元数据508标记，则可以使用CAD系统的模型导出部件210将得到的增强数字模型502导出至单独的控制设计和测试系统302。在示例实施方式中，CAD系统的图形接口可以包括可选的导出功能，该可选的导出功能在被选择时使模型导出部件210将数字模型(包括其嵌入的方面元数据和主I/O列表702)导出至设计和测试系统302。作为将模型502直接导出至测试系统302的替代，模型导出部件210可以将数字模型502导出至具有随后可以被导入至测试系统302(例如，通过测试系统的模型导入部件312)的格式的文件。

在本示例中，控制设计和测试系统302包括控制器仿真部件308和模拟部件306，该控制器模拟部件308仿真在虚拟化(或仿真)的工业控制器上正在测试的工业控制程序的执行，该模拟部件306在工业控制程序的控制下模拟工业自动化系统的虚拟模型的操作。在控制设计和测试系统302内，可以将自动化系统的增强数字模型502(包括利用方面元数据508和主I/O列表702增强的机械模型402)与控制编程(例如，梯形逻辑)交互，这使得在最终确定总体设计并且进行到构建和安装阶段之前能够对机械和控制设计进行虚拟模拟和测试，其中，该控制编程针对自动化系统被开发，以产生虚拟测试环境。图10是示出了使用增强数字模型502以在控制程序1008的控制下虚拟地模仿物理自动化系统的行为的控制设计和测试系统302内的组合的机械和控制设计的模拟的图。如上所述应用于机械模型402的所选择的元件的方面元数据508使这些元件由测试平台的模拟部件306识别为控制或激活元件，并且指示模拟部件306关于每个元件在模拟环境内如何响应于控制和物理刺激而表现。

由于增强数字模型502对自动化系统的机械特性以及组成该模型的部件的行为属性进行建模(借助于方面元数据508)，因此增强数字模型502可以用于在仿真控制程序1008的控制下模拟自动化系统的预期操作以及行为。这可以包括查看和验证模拟系统对在移动、速度、流量、温度、填充水平、产品通过系统的移动等方面的控制输入的响应。在图10中描绘的示例中，测试系统302的控制器仿真部件308充当工业控制器仿真器以执行控制程序1008，该控制程序1008是针对CAD系统202内创建的自动化系统的虚拟模型502开发和测试的。

模拟部件306可以利用被编码在增强数字模型502中的机械特性和相关联方面元数据508来模拟要由控制程序1008监测和调节的自动化系统的操作方面。为了实现这一点，用户(例如，控制工程师)可以虚拟地将控制程序1008与数字模型502对接，以促进模拟的I/O数据在程序1008与数字模型502之间的交换，从而模拟自动化系统的真实世界控制和操作。为此，开发者可以使用测试平台的配置工具(例如，标签浏览器)将由控制程序1008限定的控制器I/O选择性地映射至增强数字模型502的活动控制元件的I/O(即，用方面元数据508标记控制元件，将这些元件指定为具有能够与工业控制器的I/O对接的相关联输入和输出，如由主I/O列表702所记录的)。在示例场景中，控制工程师可以限定PLC标签和I/O地址——其驱动机械模型402中限定的马达、致动器、或其他部件，并且选择性地将标签和相关联的I/O地址链接至为建模的部件限定的I/O点。控制程序1008与数字模型502之间的这种I/O映射(其是整个自动化系统设计的一部分)可以作为PLC连接数据1006被存储在适当格式化的文件(例如，电子表格或另一类型的文件)中，并且与数字模型502集成。因此，除了机械设计方面之外，数字模型502还保持控制设计的这一方面。

控制程序1008可以包括用于处理读入到控制器中的输入信号并且控制来自控制器的输出信号的任何可想到类型的代码——包括但不限于梯形逻辑、顺序功能图、功能框图或结构化文本——并且被设计成调节通过数字模型502建模的自动化系统。在模拟期间，模拟部件306基于由数字模型502表示的物理系统的静态特性和动态特性来生成数字和模拟I/O值，这些数字和模拟I/O值表示例如传感器输出、计量输出或与预期由物理系统生成的数据类似的其他工厂数据。该模拟输出数据1004被提供给执行控制程序1008的仿真部件308，仿真部件308接收该数据1004作为一个或更多个虚拟物理输入。控制程序1008根据用户限定的算法处理这些输入，并且基于该处理生成数字和/或模拟控制器输出数据1002。该输出数据1002表示将由执行控制程序1008的控制器生成并且被发送至包括自动化系统的硬连线现场设备的物理输出(例如，PID环路控制输出、螺线管激励输出、马达控制输出、致动器控制输出、机器人控制输出等)。根据用户限定的I/O映射，将控制器输出数据1002提供给数字模型502的适当输入点。

除了生成模拟输出数据1004之外，模拟部件306还基于对已建模自动化系统响应于模拟控制器输出数据1002的预期行为以及模拟数据交换的分析来生成系统响应数据1018。模拟部件306基于由与数字模型402的相应控制元件相关联的方面元数据508限定的约束以及行为和物理属性来估计和模拟虚拟自动化系统对仿的控制器输出(以及这些输出的定时)的响应。例如，基于如由方面元数据508表示的由增强数字模型502建模的工业部件(例如，传送机、工业机器人、机器、模拟产品等)的机械和行为特性，模拟部件306可以预测响应于控制器输出数据1002，建模的工业部件的预期行为以及由部件制造、处理或操纵的产品的行为，并且将该预测的行为作为系统响应数据1018来传送。由系统响应数据1018表示的示例行为可以包括但不限于工业机器人的移动和轨迹、产品通过模拟的自动化系统的移动(包括速度、加速度、位置、滞后、碰撞、夹持器故障等)、流体通过系统的流动速率、系统的预期能量消耗、系统的机械部件的预期退化率(部分基于增强数字模型502中限定的摩擦系数信息)、操作期间施加至系统的各个部件的预期力或其他这样的行为。

在具有用于夹持和移动产品的项目(例如，用于堆叠或堆放产品项目，将项目从一个传送机移动制另一个传送机等)的端部执行器的工业机器人的情况下，这些机器人与产品之间的模拟交互可以部分地取决于与机器人的端部执行器相关联的夹持器方面元数据508的类型。例如，如上所述，吸力夹持器方面元数据508可以向模拟部件306指示，可以假设吸力夹持器附近的产品已被机器人夹持住，只要吸力执行器在零件上方适当地对准即可，并且可以随后随机器人臂移动，以模拟由机器人对零件的移动，直到零件被释放。替选地，机械夹持器方面元数据508可以限定在可以假设零件已被机器人牢固地夹持住之前将由模拟部件306考虑的更多涉及的物理性质。这可以包括：当执行器处于夹持位置时，在允许产品协同机器人移动之前，确定夹持器的两个臂是否接触产品的相应侧面，并且处于适当的角度或取向。由于机械夹持器对产品的牢固夹持取决于产品在进入拾取站(机器人从该拾取站夹持零件)时的适当对准以及产品与机器人的夹持器在拾取时的相对对准，因此模拟部件306可以在模拟期间评估这些因素以确定产品是否已被适当地夹持，或者替选地确定是否可能由于未对准而发生误夹持。关于如何适当地评估该夹持行为的指令可以通过分配给机器人的机械夹持器方面元数据508来提供。

如上所述，机械模型402的一个或更多个部件可以用将这些部件指定为负载源的方面元数据508来标记。基于该负载源方面元数据，模拟部件306可以将模型的这些部件识别为负载源，该负载源将产品(例如，制造的零件、盒、瓶、流体材料等)引入所测试的自动化系统中并且使这些部件动画化以根据元数据模拟产品的释放。分配给这些部件的默认和用户限定的元数据参数可以限定产品被释放的频率、产品类型(例如，离散的固体项目或液体材料)、产品的形状(例如，具有指定尺寸的盒、球形物体、由于制成项目的柔性材料而具有随机无定形形状的项目等)、产品遍历系统的速度等。这些产品通过模拟自动化系统的移动也可以根据与产品在其上移动的传送机表示相关联的传送机方面元数据(例如，传送机的速度、用于传送产品的带的材料等)。模拟部件306还可以模拟产品项目之间或产品与机器之间的预测碰撞(例如，由于不合时的控制序列而与推动器臂或机器人臂的碰撞)。可以基于部分由方面元数据508建模的物理规则和几何形状来预测和模拟这些碰撞的影响。模拟部件306还可以利用由方面元数据508限定的物理规则来确定机械夹持器是否适当地夹持住产品项目，或者可能由于抓握不适当的夹持而使产品的一些或全部项目掉下。

与测试系统302相关联的用户接口部件304可以生成可视化1014，该可视化1014将模拟结果呈现在客户端设备上。可视化1014可以基于增强数字模型502来呈现自动化系统的图形表示，并且基于系统响应数据1018和/或与模拟会话有关的其他计算的统计信息来使该图形表示动画化，从而产生操作中的自动化系统的三维视觉呈现。一些模拟数据也可以在可视化1014上被呈现为字母数字覆盖。该模拟技术可以用于在不将现场设备和机器置于危险中的情况下来测试和调试控制程序，来测试对机器操作的修改并且估计这样的修改如何影响某些关键性能指标或财务度量，或者执行其他类型的分析。

在一些实施方式中，用户可以以高粒度程度控制模拟的速度。例如，用户可以选择实时执行模拟，这样的模拟描绘自动化系统的操作，如同它将实时发生的那样。替选地，用户可以根据用户指定的时基，选择性地选择比实时更快地执行模拟的控制序列或处理的一些或全部阶段。这使模拟及其相关联的分析在压缩的时间帧内发生。

在所示的示例中，控制设计和测试系统302可以允许用户添加或修改控制设计的各方面。这可以包括基于模拟的观察结果来实施和测试对控制程序1008的修改。经由控制设计和测试系统302提交的一些控制设计修改也可以针对增强数字模型502。图11是示出将控制设计更新提交给控制设计和测试系统302的图。在测试和调试期间，控制工程师可以经由测试平台的用户接口部件304提交控制设计输入1106。该控制设计输入1106可以包括对针对增强数字模型502测试的控制程序1008的添加或修改、对模型502与控制程序1008之间的I/O映射的修改、对主I/O列表702的更新以添加新的I/O点或删除不必要的I/O点、或其他这样的修改，其中的一些修改可能会影响增强数字模型502或其关联的元数据508。

在一些实施方式中，控制设计和测试系统302还可以包括方面元数据部件310(参见图3)，该方面元数据部件310以类似于CAD侧方面元数据部件310的方式支持对方面元数据508的添加或修改。用于向控制设计和测试系统302中的模型502添加或修改方面元数据508的工作流程可以类似于在CAD侧用于添加或修改方面元数据508的工作流程。即，由用户接口部件340呈现的接口显示(例如，可视化1014)可以包括类似于图6中所示的工具栏604的方面工具栏，该方面工具栏可以用于向模型502添加新的方面元数据。用于给定机械元件的用户限定的方面元数据值也可以通过以下操作进行修改：选择模型502的图形表示上的机械元件来调用该元件的用户限定的方面元数据字段，从而允许用户修改任何可用的用户限定值(包括可能已在CAD系统202中添加和设置的值)。

为了促进机械工程与控制工程工作之间的同步，CAD系统202以及控制设计和测试系统302的一些实施方式可以支持工程数据在两个系统之间的往返。根据该往返方法，如以上讨论的，可以在CAD系统202上标记机械设计信息和相关联的控制方面，并且可以将得到的能够模拟的模型502导出至控制设计和测试系统302。在该控制测试系统302内，增强数字模型502——利用方面元数据508增强并且进一步利用PLC连接数据1006和主I/O列表702增强的机械模型402——可以使用所测试的控制程序1008来模拟。在测试和调试期间，控制工程师可以提交控制设计输入1106，该控制设计输入1106需要对增强数字模型502、其相关联的方面元数据508、PLC连接数据1006或主I/O列表702进行修改1102，这些数据最初在CAD系统202上开发。

在控制测试侧实施这些修改之后，可以由CAD系统的模型导入部件212将更新的模型502——包括对方面元数据508、PLC连接数据1006或主I/O列表702进行的任何修改——导入回到CAD系统202中，如图12所示。在一个或更多个实施方式中，CAD系统202的用户可以通过由用户接口部件204选择在CAD系统的接口显示上可用的导入工具来导入更新的模型502。在导入经修改的模型502之后，CAD系统202检测由控制工程师在控制设计和测试系统302上进行的改变或添加，包括对PLC连接数据1106、方面元数据508的更新以及对主I/O列表702的更新。因此，由机械工程师和控制工程师经由其各自的开发平台提交的设计输入很容易在两个工程组之间共享。这种设计信息的往返确保了机械和控制设计数据保持同步，从而允许机器设计和控制这些机械方面的控制系统设计的连续迭代。该改进的设计工作流程促进在模拟/控制侧完成的工程工作与在CAD/机械侧完成的工程工作之间的双向同步，而CAD是两个工程线程的焦点。

在一些实施方式中，对模型502做出的改变可以由CAD系统202来版本控制。例如，CAD系统202可以包括记录对模型402所做的改变以及做出改变的原因(如由用户提交)的工具。类似的版本控制特征也可以由控制设计和测试系统302来支持。

通过集成将方面元数据添加到CAD系统自身内的机械模型的能力，本公开内容的实施方式可以为工程师提供工具，以快速且容易地生成所设计的自动化系统的动态数字孪生，而无需从头开始单独开发模拟仿真模型。由于在一些实施方式中，方面元数据工具可以作为模块化附加组件添加到现有的CAD系统中，因此可以将利用方面元数据来标记机械模型以产生数字孪生的处理直观地集成到现有的机械设计工作流程中。此外，通过支持机械工程平台与控制工程平台之间的设计数据的往返，本公开内容的实施方式可以促进两个工程线程之间的同步，其中增强的CAD模型用作跨两个工程学科的最新设计信息的公共源。

图13至图14示出了根据本申请的一个或更多个实施方式的各种方法。尽管出于简化说明的目的，本文中示出的一个或更多个方法被示出和描述为一系列动作，但是应当理解和意识到，本发明不限于动作的顺序，因为根据本发明，一些动作可以以与本文示出和描述的顺序不同的顺序发生和/或与其他动作同时发生。例如，本领域技术人员将理解和认识到，方法可以替选地被表示为一系列相互关联的状态或事件，例如以状态图表示。此外，并不需要所有示出的动作来根据本创新的方法实现。而且，当不同实体执行方法的不同部分时，(一个或更多个)交互图可以表示根据本主题公开内容的方法。进一步地，可以彼此组合地实现所公开的示例方法中的两个或更多个，以实现本文中描述的一个或更多个特征或优点。

图13示出了用于开发工业自动化系统的机械CAD模型并且将该模型配置成用作动态数字孪生以在模拟平台内执行的示例性方法1300。最初，在1302处，由CAD平台接收机械设计输入。在示例实现方式中，经由与CAD平台的图形开发接口的交互而提交的机械设计输入根据表示要包括在机械设计中的机械结构、机器或设备的三维形状，指定自动化系统的机械属性。总体地，机械设计输入可以将自动化系统限定为机械组件，该机械组件包括以下工业资产：工业机器人、传送机、工具机、马达、马达驱动器、传感器、管路、管道、平台、安全门和栅栏、控制柜或其他这样的资产。机械设计输入还限定这些资产之间的相对位置、方向和物理关系。在1304处，由CAD平台基于在步骤1302处接收的机械设计输入来生成工业自动化系统的三维机械模型。

在1306处，由CAD平台(经由与CAD平台的图形开发接口的交互)接收方面规范输入数据。方面规范输入数据将控制方面分配给在步骤1304处生成的机械模型的所选择的元件。控制方面可以从在CAD平台的图形开发接口的工具栏或功能区中呈现的可用方面的列表中选择。这些方面限定可以根据与这些方面有关的机械元件、控制元件或工业设备的类型来分类。每个方面针对其相关联类型的机械或控制元件限定一组模拟属性，例如物理或运动学属性或行为、物理几何形状、运动约束等，这些属性可以由模拟平台识别和利用以确定该元件在模拟环境内如何移动或表现。可以被选择并且应用于机械模型的示例方面包括但不限于各种类型的动态或运动学关节(例如，滑动关节、旋转关节、机器人臂关节、铰链等)、诸如传送机的运动表面、马达、夹持器(例如，吸力夹持器、机械夹持器等)、传感器、气动或液压致动器(例如，推动器臂、止动器等)、辊或机械系统的其他这样的元件。

在1308处，将与在步骤1306处选择的控制方面对应的控制方面元数据分配给机械模型的所选择的元件(也在步骤1306处选择)。在1310处，确定向机械模型的所选择的元件分配方面是否完成。如果要将附加方面分配给模型(在步骤1310处为“否”)，则该方法返回到步骤1306，并且重复步骤1306和1308，使得机械模型的另一元件用所选择的方面来标记。替选地，如果向机械模型分配方面完成(在步骤1310处为“是”)，则该方法进行至步骤1312，在步骤1312处，确定CAD系统是否接收到导出命令。如果接收到导出命令(在步骤1312处为“是”)，则该方法进行到步骤1314，在步骤1314处，将使用由迭代步骤1306和1308应用的方面元数据增强的机械模型导出至控制模拟平台以模拟作为自动化系统的动态数字孪生。由CAD系统应用的方面元数据指示模拟平台：机械模型的各种部件或元件如何响应于由所测试的控制程序进行仿真控制而在模拟环境内表现。

图14示出了用于与系统的机械设计并行地生成自动化系统的动态数字孪生和相关联的主I/O列表的示例方法1400。最初，在1402处，由CAD平台接收机械设计输入。机械设计输入指定了所设计的工业自动化系统的机械属性。在1404处，基于在步骤1402处接收到的机械设计输入，在CAD平台内生成工业自动化系统的三维机械模型。在1406处，由CAD平台接收方面规范输入。方面规范输入选择控制方面并且将其分配给机械模型的所选择的元件。通常，步骤1402至1408与方法1300的步骤1302至1308类似。

在1401处，确定在步骤1408处分配给机械模型的所选择的元件的方面元数据是否限定该方面的相关联的I/O。在这点上，如果分配给模型元件的方面限定通常经由一个或更多个数字或模拟输入或输出与工业控制器对接的工业资产的特性，则这些输入或输出可以由方面元数据来限定。如果方面元数据限定相关联的I/O(在步骤1410处为“是”)，则方法进行至步骤1412，在步骤1412处，将由方面元数据限定的相关联I/O添加到自动化系统的累积主I/O列表。该主I/O列表记录将自动化系统与工业控制器对接以促进系统的监测和控制所需的总I/O。如果方面元数据未限定相关联的I/O(在步骤1410处为“否”)，即，所选择的方面对应于自动化系统的通常不与工业控制器对接的元件，则该方法在无需在1412处更新主I/O列表的情况下进行至步骤1414。

在1414处，确定向机械模型分配方面是否完成。如果要将另外的方面分配给模型(在步骤1414处为“否”)，则该方法返回到步骤1406，并且针对机械模型的另一元件重复步骤1406至1412。替选地，如果对方面的分配完成(在步骤1414处为“是”)，则方法进行至步骤1416，在步骤1416处，将增强的机械模型(具有相关联的方面元数据)和主I/O列表导出至控制设计平台。控制工程师可以参考主I/O列表，以帮助设计自动化系统的电气和控制系统。

本文中描述的实施方式、系统和部件以及其中可以执行本主题说明书中阐述的各个方面的控制系统和自动化环境可以包括计算机或网络部件，例如能够跨网络进行交互的服务器、客户端、可编程逻辑控制器(PLC)、自动化控制器、通信模块、移动计算机、移动车辆的车载计算机、无线部件、控制部件等。计算机和服务器包括被配置成执行存储在介质中的指令的一个或更多个处理器，处理器为采用电信号执行逻辑操作的电子集成电路，介质例如为随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动以及可移除存储器设备，可移除存储器设备可以包括记忆棒、存储卡、闪存驱动、外部硬盘驱动等。

类似地，如本文中使用的术语PLC或自动化控制器可以包括可以跨多个部件、系统和/或网络被共享的功能。作为示例，一个或更多个PLC或自动化控制器可以跨网络与各种网络设备进行通信和协作。这基本上可以包括经由网络进行通信的任何类型的控件、通信模块、计算机、输入/输出(I/O)设备、传感器、致动器以及人机接口(HMI)，该网络包括控制网络、自动化网络和/或公共网络。PLC或自动化控制器还可以与各种其他设备进行通信并且控制各种其他设备，各种其他设备例如包括模拟、数字、编程/智能I/O模块的标准的或安全等级的I/O模块、其他可编程控制器、通信模块、传感器、致动器、输出设备等。

网络可以包括公共网络，例如因特网、内联网以及自动化网络，例如包括设备网(DeviceNet)、控制网(ControlNet)、安全网络以及以太网/IP的控制和信息协议(CIP)网络。其他网络包括以太网、数据高速公路和数据高速公路加(DH/DH+)、远程I/O、现场总线、通讯总线(Modbus)、过程现场总线(Profibus)、CAN、无线网络、串行协议等。此外，网络设备可以包括各种可能性(硬件和/或软件组件)。这些包括以下部件：例如具有虚拟局域网(VLAN)能力的交换机、LAN、WAN、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网(VPN)设备、服务器、客户端、计算机、配置工具、监测工具和/或其他设备。

为了提供所公开的主题的各个方面的环境，图15和图16以及以下讨论旨在提供对其中可以实现所公开的主题的各个方面的合适环境的简要概括描述。尽管以上在可以在一个或更多个计算机上运行的计算机可执行指令的一般情境中描述了实施方式，但是本领域技术人员将认识到，也可以组合其他程序模块和/或作为软件和硬件的组合来实现实施方式。

通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构等。此外，本领域技术人员将理解，可以利用其他计算机系统配置来实践本发明的方法，计算机系统配置包括单处理器或多处理器计算机系统、小型计算机、大型计算机、物联网(IoT)设备、分布式计算系统、以及个人计算机、手持计算设备、基于微处理器的或可编程的消费性电子产品等，上述中的每个均可以可操作地耦接至一个或更多个相关联的设备。

本文中示出的实施方式也可以在分布式计算环境中实践，其中某些任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地存储器存储设备或远程存储器存储设备二者中。

计算设备通常包括各种介质，各种介质可以包括计算机可读存储介质、机器可读存储介质和/或通信介质，机器可读存储介质和通信介质这两个术语在本文中如下彼此不同地使用。计算机可读存储介质或者机器可读存储介质可以是能够由计算机存取的任何可用存储介质，并且包括易失性介质和非易失性介质、可移除介质和不可移除介质两者。作为示例而非限制，可以结合用于存储诸如计算机可读指令或机器可读指令、程序模块、结构化数据或非结构化数据的信息的任何方法或技术来实现计算机可读存储介质或机器可读存储介质。

计算机可读存储介质可以包括但不限于：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他内存技术、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能磁盘(DVD)、蓝光光盘(BD)或其他光盘存储设备、磁带盒、磁带、磁盘存储设备或其他磁性存储设备、固态驱动器或其他固态存储设备、或其他可用于存储所需信息的有形和/或非暂态介质。在这点上，应将本文中应用于存储设备、存储器或计算机可读介质的术语“有形的”或“非暂态的”理解为作为修饰仅排除传播暂态信号本身，而不放弃所有不仅是传播暂态信号本身的标准存储设备、存储器或计算机可读介质的权利。

可以通过一个或更多个本地或远程计算设备(例如，针对关于由媒介存储的信息的各种操作，经由访问请求、查询或其他数据检索协议)来访问计算机可读存储介质。

通信介质通常体现为诸如调制数据信号的数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他结构化或非结构化数据，例如载波或其他传输机制，并且包括任意信息传送或传输介质。术语“调制数据信号”或信号指具有以对一个或更多个信号中的信息进行编码的方式进行设置或改变的一个或更多个特征的信号。作为示例而非限制，通信介质包括有线介质(例如有线网络或直接有线连接)以及无线介质(例如，声学、RF、红外以及其他无线介质)。

再次参照图15，用于实现本文描述的各个方面的各个实施方式的示例环境1500包括计算机1502，计算机1502包括处理单元1504、系统存储器1506和系统总线1508。系统总线1508将系统部件(包括但不限于系统存储器1506)耦接至处理单元1504。处理单元1504可以是各种商业可用处理器中的任一种。双微处理器以及其他多处理器架构也可以用作处理单元1504。

系统总线1508可以是以下若干类型总线结构中的任一种：还可以互连至存储器总线(具有或不具有存储器控制器)、外围总线以及使用多种商业可用总线架构中的任一种的本地总线。系统存储器1506包括ROM1510和RAM 1512。基本输入/输出系统(BIOS)可以存储在非易失性存储器诸如ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、EEPROM中，其中，BIOS包含有助于在例如启动期间在计算机1502内的元件之间传输信息的基本例程。RAM 1512还可以包括诸如用于缓存数据的静态RAM的高速RAM。

计算机1502还包括内部硬盘驱动器(HDD)1514(例如，EIDE、SATA)、一个或更多个外部存储设备1516(例如，磁软盘驱动器(FDD)1516、存储棒或闪存驱动器读取器、存储卡读取器等)以及光学驱动器1520(例如，其可以从CD-ROM盘、DVD、BD等读取或向其写入)。虽然内部HDD 1514被示为位于计算机1502内，但是内部HDD 1514也可以被配置成在合适的机箱(未示出)中供外部使用。此外，虽然在环境1500中未示出，但是除了HDD 1514以外或者代替HDD 1514，还可以使用固态驱动器(SSD)或者用固态驱动器(SSD)代替HDD 1514。HDD1914、(一个或更多个)外部存储设备1516以及光盘驱动器1520可以通过HDD接口1524、外部存储接口1526和光盘驱动器接口1528分别连接至系统总线1508。用于外部驱动器实现方式的接口1524可以包括通用串行总线(USB)和电气与电子工程师协会(IEEE)1394接口技术中的至少一者或两者。其他外部驱动连接技术在本文中描述的实施方式的构思之内。

驱动器及其关联的计算机可读存储介质提供数据、数据结构、计算机可执行指令等的非易失性存储。针对计算机1502，驱动器以及存储介质以合适的数字格式提供任何数据的存储。尽管上面对计算机可读存储介质的描述是指各种类型的存储设备，但是本领域技术人员应当理解，计算机可读的其他类型的存储介质，无论是当前存在的还是将来开发的，也可以在示例操作环境中使用，并且此外，任何这样的存储介质可以包含用于执行本文中描述的方法的计算机可执行指令。

在驱动器和RAM1912中可以存储多个程序模块，包括操作系统1530、一个或更多个应用程序1532、其他程序模块1534以及程序数据1536。操作系统、应用、模块和/或数据的全部或部分也可以缓存在RAM1512中。可以使用各种商业上可用的操作系统或操作系统的组合来实现本文中描述的系统和方法。

计算机1502可以可选地包括模拟技术。例如，管理程序(未示出)或其他中间设备可以仿真用于操作系统1530的硬件环境，并且所仿真的硬件可以可选地不同于图15中所示的硬件。在这样的实施方式中，操作系统1530可以包括在计算机1502上托管的多个虚拟机(VM)的一个VM。此外，操作系统1530可以为应用程序1532提供运行时环境诸如Java运行时环境或.NET框架。运行时环境是一致的执行环境，其使得应用程序1532能够在包括运行时环境的任何操作系统上运行。类似地，操作系统1530可以支持容器，并且应用程序1532可以是容器的形式，容器是重量轻、独立、可执行的软件包，软件包括例如代码、运行时间、系统工具、系统库和应用的设置。

此外，可以利用安全模块诸如可信处理模块(TPM)来启用计算机1502。例如，利用TPM，启动部件会及时散列(hash)下一启动部件，然后等待结果与安全值的匹配，然后再加载下一启动部件。该过程可以发生在计算机1502的代码执行栈中的任何层上，例如应用在应用执行级或操作系统(OS)内核级处，从而在任何代码执行级处实现安全性。

用户可以通过一个或更多个有线/无线输入设备例如键盘1538、触摸屏1540和诸如鼠标1542的定点设备将命令和信息输入至计算机1502中。其他输入设备(未示出)可以包括麦克风、红外(IR)遥控器、射频(RF)遥控器或其他遥控器、操纵杆、虚拟现实控制器和/或虚拟现实耳机、游戏手柄、触控笔、诸如(一个或更多个)摄像装置的图像输入设备、手势传感器输入设备、视觉运动传感器输入设备、情绪或面部检测设备、诸如指纹或虹膜扫描仪的生物特征输入设备等。这些以及其他输入设备通常通过可以耦接至系统总线1508的输入设备接口1544连接至处理单元1504，但是也可以通过其他接口例如并行端口、IEEE 1394串行端口、游戏端口、USB端口、IR接口、蓝牙接口等连接。

监测器1544或其他类型的显示设备也可以经由接口诸如视频适配器3648连接至系统总线1508。除了监测器1544之外，计算机通常还包括其他外围输出设备(未示出)，例如扬声器、打印机等。

计算机1502可以使用经由至诸如远程计算机1548的一个或更多个远程计算机的有线和/或无线通信的逻辑连接在联网环境中进行操作。远程计算机1548可以是工作站、服务器计算机、路由器、个人计算机、便携式计算机、基于微处理器的娱乐装置、对等设备或其他通用网络节点，并且通常包括相对于计算机1502所描述的许多或所有元件，但是为了简明起见仅示出了存储器/存储装置1550。所描述的逻辑连接包括与局域网(LAN)1552和/或更大的网络例如广域网(WAN)1554的有线/无线连接。这样的LAN和WAN联网环境在办公室以及公司中很常见，并且便利了诸如内部网的企业范围的计算机网络，所有这些都可以连接至全球通信网络，例如因特网。

当在LAN联网环境中使用时，计算机1502可以通过有线和/或无线通信网络接口或适配器1556连接至本地网络1552。适配器1556可以促进至LAN 1552的有线或无线通信，LAN1552还可以包括布置在其上的无线接入点(AP)，以用于在无线模式下与适配器1556进行通信。

当在WAN联网环境中使用时，计算机1502可以包括调制解调器1558或可以经由用于通过WAN 1554建立通信的其他方式例如借助因特网连接至WAN 1554上的通信服务器。可以是内部或外部以及有线或无线设备的调制解调器1558经由输入设备接口1542连接至系统总线1508。在联网环境中，关于计算机1502描述的程序模块或程序模块的部分可以存储在远程存储器/存储装置1550中。将理解的是，所示的网络连接是示例，并且可以使用在计算机之间建立通信链接的其他装置。

当在LAN或WAN联网环境中使用时，除了如上所述的外部存储设备1516之外，计算机1502还可以访问云存储系统或其他基于网络的存储系统，或者计算机1502可以代替如上所述的外部存储设备1516访问云存储系统或其他基于网络的存储系统。通常，可以例如分别通过适配器1556或调制解调器1558来通过LAN 2052或WAN 1554建立计算机1502与云存储系统之间的连接。在将计算机1502连接至关联的云存储系统时，外部存储接口1526可以在适配器1556和/或调制解调器1558的帮助下如在其他类型的外部存储装置情况下一样管理由云存储系统提供的存储装置。例如，外部存储接口1526可以被配置成提供对云存储源的访问，就好像这些源物理上连接至计算机1502。

计算机1502可以进行操作来以无线通信方式与可操作地布置的任何无线设备或实体进行通信，例如打印机、扫描仪、台式计算机和/或便携式计算机、便携式数据助理装置、通信卫星、与无线可检测标签关联的任何装备或位置(例如，信息亭、报摊、商店货架等)以及电话。这可以包括无线保真(Wi-Fi)和蓝牙无线技术。因此，通信可以是就常规网络而言的预定义结构，或者仅是至少两个设备之间的自组织通信。

图16是可以与所公开的主题交互的样本计算环境1600的示意性框图。样本计算环境1600包括客户端1602。客户端1602可以是硬件和/或软件(例如，线程、进程、计算设备)。样本计算环境1600还包括服务器1604。服务器1604也可以是硬件和/或软件(例如，线程、进程、计算设备)。服务器1604可以容纳通过采用例如本文中所描述的一个或更多个实施方式来执行变换的线程。客户端1602与服务器1604之间的一种可能的通信可以是适于在两个或更多个计算机进程之间传输的数据包形式。样本计算环境1600包括可以用于促进(一个或更多个)客户端1602与(一个或更多个)服务器1604之间的通信的通信框架1606。客户端1602可操作地连接至可以用于存储客户端1602本地的信息的一个或更多个客户端数据存储装置1608。类似地，服务器1604可操作地连接至可用于存储服务器1604本地的信息的一个或更多个服务器数据存储装置1610。

以上所描述的内容包括本主题创新的示例。出于描述所公开的主题的目的，当然不可能描述每个可想到的部件或方法的组合，但是本领域普通技术人员可以认识到，本主题创新的许多另外的组合和排列也是可能的。因此，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的更改、修改和变化。

特别地，关于由上述部件、设备、电路、系统等执行的各种功能，除非另有说明，用于描述这些部件的术语(包括对“手段”的引用)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件(例如，功能等同物)，即使在结构上不等同于所公开的结构，该部件执行本文中示出的所公开的主题的示例性各方面中的功能。在这点上，还将认识到，所公开的主题包括具有用于执行所公开的主题的各种方法的动作和/或事件的计算机可执行指令的计算机可读介质以及系统。

此外，虽然所公开的主题的特定特征可能仅关于若干实现方式中的一种被公开，但是这样的特征可以如可以期望的并且对于任何给定的或特定的应用有利的那样与其他实现方式的一个或更多个其他特征组合。此外，就在说明书或权利要求书中使用了术语“包括(includes)”和“包括(including)”及其变型而言，这些术语旨在以与术语“包括(comprising)”类似的方式为包括性的。

在本申请中，使用词语“示例性”来表示用作示例、实例或说明。在本文中被描述为“示例性”的任何方面或设计不必然被解释为比其他方面或设计优选或有利。更确切地，词语“示例性”的使用旨在以具体方式呈现构思。

本文中描述的各个方面或特征可以使用标准编程和/或工程技术实现为方法、装置或制品。如本文中所使用的术语“制品”旨在包括能够从任何计算机可读装置、载体或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于：磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条......)、光盘(例如，致密盘(CD)、数字通用盘(DVD)......)、智能卡以及闪速存储设备(例如，卡、棒、键驱动器......)。

Claims (20)

1.一种用于开发自动化系统模型的系统，包括：

存储器，所述存储器存储可执行部件；

处理器，所述处理器操作地耦接至所述存储器，并且执行所述可执行部件，所述可执行部件包括：

用户接口部件，所述用户接口部件被配置成接收机械设计输入数据；以及

机械建模部件，所述机械建模部件被配置成基于所述机械设计输入数据来生成工业自动化系统的三维3D机械模型，

其中，

所述用户接口部件还被配置成接收方面规范输入数据，所述方面规范输入数据将所述3D机械模型的选择的元件标记为所述工业自动化系统的指定方面，并且

所述可执行部件还包括方面元数据部件，所述方面元数据部件被配置成根据方面输入数据将方面元数据分配给所选择的元件，所述方面元数据限定所选择的元件的模拟行为，以产生所述工业自动化系统的能够在模拟平台内根据所述模拟行为进行模拟的数字孪生。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，

所述用户接口部件被配置成经由与由所述用户接口部件呈现的图形接口显示的交互来接收所述机械设计输入数据和所述方面规范输入数据，

所述图形接口显示包括工具栏，所述工具栏呈现能够用于所选择的元件的选择和分配的一组方面，并且

所述方面规范输入数据从所述一组方面中选择方面，并且指示所选择的元件中的要被分配所述方面的元件。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，可用的方面包括以下中的至少一个：滑动关节、旋转关节、机器人臂关节、铰链、传送机、吸力夹持器、机械夹持器、传感器、气动致动器、液压致动器、推动器臂、止动器或辊。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述方面元数据部件被配置成：响应于接收到将所述方面分配给所述元件的所述方面规范输入数据，从与所述方面相对应的方面元数据限定中检索所述方面元数据并且将所述方面元数据与所述元件相关联。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述方面元数据限定与所述方面相对应的一个或更多个模拟属性，并且所述一个或更多个模拟属性包括以下中的至少一个：物理属性、运动学属性、运动约束、运动范围、物理几何形状、速度、加速度、减速度、摩擦系数、惯性、材料、齿轮比、齿轮直径、运动轴、开始位置或结束位置。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，

所述方面规范输入数据将所选择的元件中的至少一个指定为负载源，所述负载源将产品引入所述自动化系统，并且

所述负载源的方面元数据使所述模拟平台在所述模拟平台内的模拟期间模拟：通过所选择的元件之一将所述产品释放到所述自动化系统。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括导出部件，所述导出部件被配置成：响应于经由所述用户接口部件接收到导出指令，将所述数字孪生导出至所述模拟平台。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，

所述方面元数据部件还被配置成：响应于确定所选择的元件中的一个或更多个元件的方面元数据限定了与所述元件相关联的控制器输入或控制器输出，将所述控制器输入或所述控制器输出添加到所述自动化系统的主I/O列表，并且

所述导出部件还被配置成将所述主I/O列表与所述数字孪生一起导出至所述模拟平台。

9.根据权利要求7所述的系统，还包括导入部件，所述导入部件被配置成：响应于经由所述用户接口部件接收到导入指令，从所述模拟平台导入所述数字孪生的更新版本，其中，所述数字孪生的更新版本包括在所述模拟平台中对所述机械模型、所述方面元数据或工业控制器连接性信息中的至少一个施加的修改。

10.根据权利要求2所述的系统，其中，所述工具栏和所述方面元数据部件是能够安装到包括所述用户接口部件和所述机械建模部件的计算机辅助设计CAD系统的附加部件。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述方面元数据部件被配置成将所选择的元件的方面元数据与分别对应于所述机械模型的所选择的元件的CAD标识符相关联。

12.一种用于创建工业自动化系统的模拟模型的方法，包括：

通过计算机辅助设计CAD系统接收机械设计输入数据；

通过所述CAD系统基于所述机械设计输入数据来生成工业自动化系统的三维3D机械模型；

通过所述CAD系统接收方面规范输入数据，所述方面规范输入数据将所述3D机械模型的所选择的部件标记为所述工业自动化系统的指定方面；以及

通过所述CAD系统基于方面输入数据将方面元数据分配给所选择的部件，所述方面元数据限定所选择的部件的模拟行为。

其中，分配所述方面元数据将所述机械模型转换成所述工业自动化系统的能够在模拟平台内根据所述模拟行为进行模拟的数字孪生。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：呈现图形接口显示，以用于开发所述机械模型，

其中，

经由与所述图形接口显示的交互来接收所述机械设计输入数据和所述方面规范输入数据，

所述呈现包括：在所述图形接口显示上呈现工具栏，所述工具栏包括能够用于所选择的部件的选择和分配的一组方面，并且

所述方面规范输入数据从所述一组方面中选择方面，并且标识所选择的部件中的要被分配所述方面的部件。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，分配所述方面元数据包括：从与所述方面相对应的方面元数据限定中检索所述方面元数据，并且将所述方面元数据与所述部件相关联。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方面元数据限定与所述方面相对应的一个或更多个模拟属性，并且所述一个或更多个模拟属性包括以下中的至少一个：物理属性、运动学属性、运动约束、运动范围、物理几何形状、速度、加速度、减速度、摩擦系数、惯性、材料、齿轮比、齿轮直径、运动轴、开始位置或结束位置。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：响应于经由与所述图形接口显示的交互接收到导出指令，通过所述CAD系统将所述数字孪生导出至所述模拟平台。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：响应于确定所选择的部件中的一个或更多个部件的方面元数据限定了与所述部件相关联的控制器输入或控制器输出，通过所述CAD系统将所述控制器输入或所述控制器输出添加到所述自动化系统的主I/O列表，并且

其中，所述导出包括：将所述主I/O列表与所述数字孪生一起导出至所述模拟平台。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：响应于经由与所述图形接口显示的交互接收到导入指令，通过所述CAD系统从所述模拟平台导入所述数字孪生的更新版本，其中，所述数字孪生的更新版本包括在所述模拟平台中对所述机械模型、所述方面元数据或工业控制器连接性信息中的至少一个施加的修改。

19.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质上存储有指令，所述指令响应于被执行而使包括处理器的计算机辅助设计CAD系统执行操作，所述操作包括：

接收机械设计输入数据；

基于所述机械设计输入数据来生成工业自动化系统的三维3D机械模型；

接收方面规范输入数据，所述方面规范输入数据将指定方面与所述3D机械模型的相应元件相关联，所述方面将所述元件标识为所述自动化系统的相应控制元件；以及

根据所述方面输入数据，将与所述指定方面相对应的方面元数据分配给所选择的元件，所述方面元数据限定所选择的元件的模拟行为，

其中，分配所述方面元数据使所述3D机械模型被转换成能够在模拟平台内根据由所述方面元数据限定的所述模拟行为来模拟所述工业自动化系统的行为的数字孪生。

20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，其中，

经由与图形接口显示的交互来接收所述机械设计输入数据和所述方面规范输入数据，

所述图形接口显示包括工具栏，所述工具栏包括能够用于所选择的元件的选择和分配的一组方面，并且

接收所述方面规范输入数据包括：从所述一组方面中选择方面，并且标识所选择的元件中的要被分配所述方面的元件。

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