CN112988716A - 一种云边协同的数字设备建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种云边协同的数字设备建模方法，构建了云端建模与边缘运行方式，增加了设备的可连接性和边缘计算能力，在边缘设备中植入数字设备守护程序，实时与云端的组件镜像仓库建立连接，并通过事件发布订阅机制实时感知云端数字设备模型的变化，增加活动建模，将传统依靠操作人员保障的经验固化到设备运行过程中，满足更高级的设备使用要求，固化了设备模板，极大得加速实施过程，短时间完成整个建模过程，并将其推送到边缘设备运行起来，在云端对物理设备进行数字化建模，并在云端通过模拟测试技术对数字设备模型进行可安装和可运行以及性能模拟测试，并结合云边协同技术将数字设备模型推送到边缘设备运行，实现在线部署与不停机升级。
Description
技术领域
本发明涉及工业物联网数字设备建模技术领域，尤其是一种云边协同的数字设备建模方法。
背景技术
面对具体的行业时，云和边缘应用的职责并没有明确的区分，在工业物联网，如SMT行业，是将所有的应用和预警都部署到云端运行，很明显存在问题，一些关于质量和设备的预警程序必须运行在工业现场第一线，且第一时间通知到设备运营人员和产品制造人员，才能带来实时价值体验。
工业物联网领域往往以设备或产品为基本单元，在其基础上构建设备感知和连接层，如何快速构建边缘感知和连接以及控制是实施和构建工业物联网平台的效率所在。
工业物联网往往其设备在生产制造过程中往往是不可停机的，当感知和连接层需要为上层应用提供新的服务时，无法保证在边缘环境不停机的情况下完成在线升级。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种云边协同的数字设备建模方法，能在云端数字空间建模并将数字设备推送到边缘环境中运行，最终实现数字设备在边缘设备的在线部署和不停机升级。
本发明所采用的技术方案为：
一种云边协同的数字设备建模方法，包括以下步骤：
S1、在云端数字空间建立物理设备的视图模型；
S2、视图模型存储后建立数字设备模型脚本；
S3、利用DevOps技术在云端数字空间开辟动态的资源为数字设备提供安装、性能和容量测试；
S4、利用DevOps技术和镜像技术实现云端数字空间到边缘设备的在线安装和不停机升级；
在步骤S2中的数字设备模型脚本的创建具体通过以下分步骤实现：
S21、创建参数模型，录入物理设备的设备属性；
S22、创建活动模型，对物理设备进行分组管理，编写控制物理设备运行的智能化软件程序；
S23、通过参数模型和活动模型的组合，不断积累设备模板，根据设备模板完成数字设备模型的建模。
作为优选，步骤S21中，设备属性包括工作原理、设定值、命令、时序数据、状态属性、离散数据以及静态属性，录入物理设备的设备属性后进一步详细地对这些设备进行描述。
作为优选，步骤S22中，按照不同的行业、设备以及厂商提供设备的连接组件、边缘计算应用组件进行分组。
作为优选，利用DevOps技术和镜像技术实现云端数字空间到物理设备的在线安装和不停机升级。
作为优选，利用DevOps技术和镜像技术实现边缘设备到物理设备的在线安装和不停机升级。
作为优选，通过事件发布订阅机制实时感知云端数字空间的数字设备模型的变化。
作为优选，在边缘设备中植入数字设备守护程序，实时与云端数字空间的组件镜像仓库建立连接。
作为优选，物理设备的视图模型包括设备视角视图、边缘设备视角视图以及产线视角视图。
作为优选，边缘设备和物理设备均连接有开放的数据访问接口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本云边协同的数字设备建模方法构建了云端建模与边缘运行方式，在数字设备参数建模的基础上，增加活动建模，增加了设备的可连接性和边缘计算能力，特别是固化了设备模板，极大得加速实施过程，仅需30分钟就能完成整个建模过程，并将其推送到边缘设备运行起来。
与物理世界的实物建立一一对应的数字化代表，通过设备档案、设备状态、设备任务唯一地描述设备的实时状况，用户看到数字化信息就如同看到现实中的物理设备一样。
通过软件方式增加了设备运行的智能化组件，即活动建模，通过活动建模增加智能化组件/应用，将传统依靠操作人员保障的经验固化到设备运行过程中，满足更高级的设备使用要求。
增加了设备的可连接组件，使得设备具备开放的数据访问接口，简而言之，在解决设备接入问题的同时，还封装了标准的设备数据访问接口，使得其他企业信息系统（PLM、ERP、MES）、甚至第三方解决方案能够基于其开发更多的应用。
在边缘设备中植入数字设备守护程序，实时与云端数字空间的组件镜像仓库建立连接，并通过事件发布订阅机制实时感知云端数字设备模型的变化。
在云端数字空间对物理设备进行数字化建模，并在云端数字空间通过模拟测试技术对数字设备模型进行可安装和可运行以及性能模拟测试，并结合云边协同技术将数字设备模型推送到边缘设备运行，实现在线部署与不停机升级，同时可操作多个边缘设备。
附图说明
图1为本发明的云边协同技术架构框图。
图2为本发明的三种部署方式的架构框图。
图3为本发明的数字设备建模架构框图。
图4为建立物理设备的视图模型示例。
图5为创建参数模型示例。
图6为创建活动模型示例。
图7为积累设备模板示例。
图8为数字设备模型完成建模示例。
图9为数字设备性能和容量测试示例。
图10为在线安装和不停机升级示例。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种云边协同的数字设备建模方法，包括以下步骤：
S1、在云端数字空间建立物理设备的视图模型；物理设备的视图模型包括设备视角视图、边缘设备视角视图以及产线视角视图；
S2、视图模型存储后建立数字设备模型脚本；
数字设备模型脚本的创建具体通过以下分步骤实现：
S21、创建参数模型，录入物理设备的设备属性；设备属性包括工作原理、设定值、命令、时序数据、状态属性、离散数据以及静态属性，如电烤箱的长、宽、高和工作功率，录入物理设备的设备属性后进一步详细地对这些设备进行描述，如长度的单位、功率的单位等，进而形成设备属性；与物理世界的实物建立一一对应的数字化代表，用户看到数字化信息就如同看到现实中的物理设备一样；
S22、创建活动模型，对物理设备进行分组管理，编写控制物理设备运行的智能化软件程序；按照不同的行业、设备以及厂商提供设备的连接组件、边缘计算应用组件进行分组；将传统依靠操作人员保障的经验固化到设备运行过程中，满足更高级的设备使用要求；
S23、通过参数模型和活动模型的组合，在云端数字空间录入不同的数字设备活动模型之间、活动模型和参数模型之间的消费关系，并通过领域特殊语言将关系描述成数字设备建模脚本，不断积累设备模板，根据设备模板完成数字设备模型的建模；固化了设备模板，极大得加速实施过程；
S3、利用DevOps技术在云端数字空间开辟动态的资源为数字设备提供安装、性能和容量测试；
S4、利用DevOps技术和镜像技术实现云端数字空间到边缘设备的在线安装和不停机升级，也能实现云端数字空间到物理设备的在线安装和不停机升级，也能实现边缘设备到物理设备的在线安装和不停机升级，实现三种部署方式，同时可操作多个边缘设备。
如图4所示，对物理设备进行拍照并上传到云端数字空间，建立物理设备的视图模型；如图5所示，创建参数模型，即录入工作原理、设定值、命令、时序数据、状态属性、离散数据以及静态属性，如电烤箱的长、宽、高、厚度、重量和工作功率等信息；如图6所示，创建活动模型，即编写控制物理设备运行的智能化软件程序，利用程序控制设备动作，如建立应用于点胶机中的ODBC连接组件程序和建立应用于自动化行业中的OPC-UA通用连接组件程序；如图7所示，积累设备模板，即不同的参数模型和不同的活动模型两两组合形成多个设备模板，设备模板在云端数字空间不断累积，适应多种边缘设备的需求，如SMT行业设备的NXT系列和H510系列均可找到对应的设备模板，提高适用度；如图8所示，数字设备模型完成建模后，可根据设备图进行点击查看或下载，便于操作；如图9所示，在数字设备性能和容量测试中能显示网络宽带速率、CPU使用率、内存占用率以及数据容量可用年限；如图10所示，在无需停机的状态下成功在线安装部署。
增加了设备的可连接组件，使得设备具备开放的数据访问接口，简而言之，在解决设备接入问题的同时，还封装了标准的设备数据访问接口，使得其他企业信息系统（PLM、ERP、MES）、甚至第三方解决方案能够基于其开发更多的应用，在边缘设备中植入数字设备守护程序，实时与云端数字空间的组件镜像仓库建立连接，并通过事件发布订阅机制实时感知云端数字空间的数字设备模型的变化。
事件发布订阅机制其步骤为：一、云端数字空间发布事件到IoTHub；二、守护程序接受订阅IoTHub数字设备模型变化通知；三、守护程序对比上一版本模型与当前模型的差异；四、守护程序根据差异动态从云端数字空间拉取变化的组件完成升级。
守护程序实现边缘端的高度自治，其程序的作用主要体现如下：一、负责与云端数字空间建立通讯连接；二、通过接收云端数字空间的事件消息完成边缘设备程序的配置；三、从云端数字空间拉取程序镜像，并自动完成在边缘设备的部署；四、动态监控边缘设备应用的健康状态以及资源使用情况；五、连接备份工具，实现边缘设备的备份与自恢复；六、版权控制。
DevOps技术流程如下：利用DevOps实现代码自动编译与构建；利用DevOps实现目标代码的打包，即将代码打包为镜像，并推送至镜像仓库；通过DevOps的产品发布流程发布产品新版本，同时与旧版本的使用情况进行对比，并通知使用客户；客户获取通知，并执行升级，边缘设备中的守护程序自动从镜像仓库拉取程序镜像。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在云端数字空间建立物理设备的视图模型；
S2、视图模型存储后建立数字设备模型脚本；
S3、利用DevOps技术在云端数字空间开辟动态的资源为数字设备提供安装、性能和容量测试；
S4、利用DevOps技术和镜像技术实现云端数字空间到边缘设备的在线安装和不停机升级；
在步骤S2中的所述数字设备模型脚本的创建具体通过以下分步骤实现：
S21、创建参数模型，录入物理设备的设备属性；
S22、创建活动模型，对物理设备进行分组管理，编写控制物理设备运行的智能化软件程序；
S23、通过参数模型和活动模型的组合，不断积累设备模板，根据设备模板完成数字设备模型的建模。
2.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：所述步骤S21中，设备属性包括工作原理、设定值、命令、时序数据、状态属性、离散数据以及静态属性，录入物理设备的设备属性后进一步详细地对这些设备进行描述。
3.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：所述步骤S22中，按照不同的行业、设备以及厂商提供设备的连接组件、边缘计算应用组件进行分组。
4.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：利用DevOps技术和镜像技术实现云端数字空间到物理设备的在线安装和不停机升级。
5.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：利用DevOps技术和镜像技术实现边缘设备到物理设备的在线安装和不停机升级。
6.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：通过事件发布订阅机制实时感知云端数字空间的数字设备模型的变化。
7.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：在边缘设备中植入数字设备守护程序，实时与云端数字空间的组件镜像仓库建立连接。
8.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：物理设备的视图模型包括设备视角视图、边缘设备视角视图以及产线视角视图。
9.根据权利要求1所述的一种云边协同的数字设备建模方法，其特征在于：边缘设备和物理设备均连接有开放的数据访问接口。
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