CN114424132A - 用于提供设施的数字复制品的系统和方法和对应的计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于提供工程设施的数字复制品的系统(1)和方法(S1‑S12)以及对应的计算机程序产品(1，S1‑S12)。本发明提出：分别以匹配于预设的训练场景的方式动态地生成数字复制品。这利用所提供的基类和虚拟设备(2，12，19，20)的数据库进行，其中所述基类实施基本的硬件部件(3)的与设备无关的功能，所述虚拟设备确定性地复制对应的真实设备的拓扑和功能行为。在此，虚拟设备(2，12，19，20)具有分级嵌套的结构，使得在分级上更高的设备(2，12，19)具有至少一个在分级上更低的设备(20)和/或基本硬件部件(3)中的至少一个。

Description

用于提供设施的数字复制品的系统和方法和对应的计算机程 序产品

技术领域

本发明涉及分别用于提供工程设施的数字复制品的一种系统和一种方法以及一种对应的计算机程序产品。

背景技术

如今，许多工程设施都非常复杂，使得相应操作人员的大规模训练对所述工程设施进行无错误的操作和维护是必不可少的。然而在此通常产生困难。因此，通常出于时间和成本的原因，例如在设施的模拟或训练运行中对相应的设施本身进行训练实际上不可行。例如，这是由于：在这种训练期间设施无法生产工作或运行，并且对于在训练期间的大量过程而言产生等待时间，所述等待时间例如用于启动和关闭设施、用于冷却部件和/或用于类似的通常没有对训练成功做出显著贡献的情况。

原则上可行的是：建造第二设施，在所述设施处可以进行训练，而原有设施不间断生产使用。然而，这由于与其关联的耗费通常同样不实际。

在单独的训练或培训中心训练操作人员通常是困难的，因为在那里通常无法在没有显著耗费的情况下复制设施特定的训练，并且要训练的人员在训练期间并且附加地在到训练中心的往返时间期间离开实际的设施。后者通常是不期望的，因为在这种时间期间设施可能无法运行或无法全效运行或安全地运行，或者必须由相应的设施运营商临时雇用附加的人员，但这些人员可能不够熟悉该设施，进而同样必须进行训练或培训。

因此，刚好出于在未来使用的工程设施的复杂性可预见地增加和对相应的操作人员的随此提高的要求的背景下，存在如下需求：以尽可能有效和低耗费的方式实现对操作人员进行训练。

发明内容

本发明的目的是：为设施的操作人员创建与至今为止的方案相比改进的训练可能性。根据本发明，所述目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利改进形式和设计方案在从属权利要求、说明书和附图中给出。

根据本发明的系统用于，即设计用于：为虚拟训练提供设施的至少一部分的数字或虚拟的复制品。换言之，借助该系统因此可提供工程设施或设施的一部分的数字或虚拟的孪生，在所述孪生处然后可以训练或培训相应的操作人员。在此，数字复制品例如根据需要和应用情况可以完全或部分复制真实设施。数字复制品例如可以形成或表示虚拟训练环境，或者是这种虚拟训练环境的一部分，或者用于集成到其中。

根据本发明的系统具有计算机可读的数据存储器。至少一个基类存储在所述数据存储器中，所述基类与设备无关地实施可在不同设备中使用的基本硬件部件的功能以及可能的其他特性。就本发明而言的基本硬件部件在此是各个部件或组件，即例如操作元件、开关、杠杆、指示器、灯、显示器、端子或端口、输入和输出接口、电保险装置、电导线、数据线和/或诸如此类。

此外，虚拟设备或组件的数据库存储在数据存储器中，所述虚拟设备中的至少一个绑定或包括基本硬件部件中的至少一个。虚拟设备确定性地复制对应真实设备的拓扑和功能行为。因此，虚拟设备可以模拟或仿真对应物理设备的真实行为。就本发明而言的设备在此是多个功能部件或元件、例如基本硬件部件和/或其他设备的各一个或多个的编组或复合体。

虚拟设备复制或实施对应真实设备的功能行为在此意味着：当对虚拟设备加载或供应相同的输入信号或数据时，所述虚拟设备至少在其正常的功能方面显示出与其真实对应物相同的反应或效果。例如，虚拟设备更加虚拟或数字地复制或实施对应的开关过程、功能运行、计算、信号输出和/或诸如此类。然而，在此，相应的真实设备不强制性必须复制到最后的细节。例如，虚拟设备可以呈现功能性或过程，而不必仿真全部内部细节或部分过程，在此对应真实设备实施所述全部内部细节或部分过程，但是所述全部内部细节或部分过程对于相应的用户或相应的操作人员不可见或不可识别。例如，通过例如放弃仿真设备部件的机械特性，例如光驱或硬盘的机械特性并且代替于此相应的过程、例如引导无需等待时间通过对应的状况或状态切换来呈现，可以缩短虚拟设备的过程、即例如启动(引导)。同样地例如虚拟处理器在此不必对对应的真实处理器的每个单独的晶体管进行仿真，而是可以抽象化整个处理器的功能行为或功能性。以这种方式，虚拟设备及其对应真实设备的功能行为的实施可以有利地借助减少的耗费来实现，并且仍然在功能水平上真实呈现真实设备。

当前，虚拟设备具有分级嵌套的结构，从而使得在分级上更高的设备包括至少一个在分级上更低的设备和/或基本硬件部件中的至少一个。在后一种情况下，基本硬件部件尤其可以通过参考基类来绑定。特别地，最低的或最下级的分级层面的设备可以包括、即绑定一个或多个基本硬件部件，或由其构成。在分级上更高的设备尤其可以包括至少一个在分级上更低的设备，其中这种在分级上更高的设备还可以附加地绑定或包括一个或多个基本硬件部件。

不仅基类而且虚拟设备的数据库在此可以是计算机程序的一部分。

根据本发明的系统设计用于：以分别匹配于预设的训练场景的方式动态地从虚拟设备和/或基本硬件部件中生成、即组合或构建数字复制品。以匹配于相应的训练场景的方式生成复制品在此尤其可以意味着：在此分别仅加载或使用实际根据训练场景所需的虚拟设备。因此，换言之，不必对每个训练场景和对每个数字复制品都使用所有虚拟设备和基本硬件部件的整体，即例如不复制整个设施，其中所述整个设施可以借助于根据本发明的系统为了训练目的而复制。在此，在生产数字复制品时以何种方式分别加载或使用哪个虚拟设备和/或硬件部件可以是个别情况特定的或应用特定的，即与预设的训练场景相关和/或根据要复制的设施区分。

通过分别对于特定的预设的训练场景这样匹配地动态生成数字复制品，可以有利地简化数字复制品的操作，即以更少的计算耗费进而以不太昂贵的计算硬件实现。此外，可以通过匹配地生成数字复制品总是有利地创建设施特定的数字复制品，所述数字复制品实现对相应的操作人员的在真实设施方面尤其现实的且相关的训练，因为数字复制品可以精确对应于如下真实设施和/或在所述设施处出现的如下真实场景，所述设施或场景也可以由操作人员在实际中、即物理上真实地遇到。

在此尤其有利的是：不必为每个设施和/或为每个训练场景手动地产生静态的数字复制品。代替此，根据本发明的系统由于动态地生成数字复制品提供显著简化的可适配性和显著改进的灵活性，使得与借助至今为止的方法可行的方式相比，可以借助显著更低的耗费且显著更快和更简单地实现和提供例如相应设施的不同训练场景、不同设施和/或不同状态。

为了生成数字复制品，可以存在情景或场景构造器，即软件部件或实施该功能性的子程序例如作为存储在数据存储器中的程序代码或计算机程序的一部分。尤其有利地，该系统可以包括解析器，所述解析器设计用于：读出描述预设的训练场景和/或要复制的设施的文件或规划，并且从中自动地产生对于训练场景所需的和/或包含在设施中的相应的设备和/或硬件部件，所述硬件部件具有分级结构或顺序。通过解析器，在此可以产生分级结构化的或分级排序的列表或分级结构化的或分级排序的设备和/或硬件部件的列表。这种列表有利地表示可尤其简单地进一步用于生成数字复制品的资源。通过这种解析器可以有利地节省人工工作耗费进而节省时间和成本。用于设施或训练场景的相应的文件或规划例如可以手动地产生，例如借助于相应的规划或工程系统，从所述系统中可以导出优选为XML格式的文件。

本发明实现或简化了：用于在数字复制的、即模拟或仿真的设施处进行虚拟训练的数字训练环境的产生和提供。为此，根据本发明的系统例如可以具有与数据存储器连接的处理器，用于处理存储在数据存储器上的程序代码或存储在数据存储器中的计算机程序。

根据本发明的系统可以是硬件系统，例如计算机等。但是，该系统也可以是完全或部分数字的，即以数据或程序代码的形式存在，其中于是数据存储器例如可以是文件、数据容器等。系统设计用于生成数字复制品于是可以意味着：系统实施对应的功能。设施的所生成的数字复制品例如可以存储在该数据存储器中或另一数据存储器中，例如加载到易失性工作存储器中和/或可以经由硬件或软件输出接口输出。

根据数字复制品或使用其的数字或虚拟的训练环境，有利地可以至少几乎与地点无关地进行设施特定的训练，使得对于训练而言，真实设施的相应的操作人员例如不必离开所述真实设施。因此，通过本发明，可以以特别简单且低成本的方式改进训练的相关性和强度以及质量进而最终改进相应操作人员的能力，并且提高训练的应用或使用的实用性。

在本发明的有利的设计方案中，根据虚拟设备的分级结构，将每个虚拟设备与相对于其在分级上处于上级的或相对于其在分级上处于下级的设备链接，只要它们存在或被设置。在此，经由所述链接可以在不同的分级层面的设备之间传递或交换信号。因此，换言之，虚拟设备可以具有相应的链接点或指针或虚拟接口，经由所述链接点或指针或虚拟接口可以与其他设备或硬件部件进行连接进而进行数据传输或进行通信。在此，至少可以在数字复制品中建立虚拟设备彼此的实际连接。因此例如如果并非所有存储在数据库中的虚拟设备都用于数字复制品，则在数字复制品中实际使用的虚拟设备和其中分别未使用且仅存储在数据库中的虚拟设备之间不存在任何连接。

通过在此提出的分级信号传输或通信结构，可以有利地尤其简单地、精确地和逻辑一致地复制真实设施。此外，不仅各个虚拟设备的功能行为，而且由多个数字设备组合成的数字复制品整体可以以这种方式特别现实地实施或映射。在此，例如由于相关性和链接，设施的整体行为会比所有单个虚拟设备的行为复杂得多。例如，硬件部件或虚拟设备中的故障可以经由分级结构中的连接或链接向上转发或通信或级联，从而使得被告知有故障的虚拟设备正确工作的、在分级上更高的设备就其而言可以通知相应的故障或其不正常工作。以该方式，借助相对低的耗费可以正确映射或复制复杂的情况、功能和相关性。

在本发明的另一种有利的设计方案中，对于每个虚拟设备单独确定：所述虚拟设备对从相对于其在分级上处于上级的设备和/或相对于其在分级上处于下级的设备接收的信号如何做出反应和所述虚拟设备对所述信号中的哪些做出反应。换言之，因此在根据本发明的系统中实施父子和消息订阅原则(Parent-Child-und Message-Subscription-Prinzipien)。这实现尤其稳健且同时可借助相对低耗费实施的如下可行性：即实现设施的、甚至不同设施的不同的设计方案和变型形式的正确工作的数字复制品。例如，可以通过分级结构对每个虚拟设备精确地定义和限制：所述虚拟设备可以接收何种信号并且必要时必须进行输出和转发。因此有利地例如当特定的信号在特定的虚拟设备所在的分级结构的支路或分支中不会出现或者传输给相应的虚拟设备时，则不必为每个虚拟设备实施对在设施中出现的每个信号的反应。

此外，因此可以降低数字复制品的复杂性，因为例如不必实现每个虚拟设备和/或每个基本硬件部件到每个其他虚拟设备和/或每个其他基本硬件部件的直接连接。代替于此，例如由第一虚拟设备产生的信号可以通过在分级上位于之间的虚拟设备来执行或转发，所述信号用于确定相对于该第一虚拟设备在分级上处于下级的、但是通过至少一个分级层面分开的虚拟设备。

在本发明的另一种有利的设计方案中，根据本发明的系统使用文档对象模型(DOM)来实现虚拟设备的分级结构。借此，虚拟设备例如可以呈现为嵌套容器。DOM有利地实现例如用于所有相关联的硬件部件或设备的行为脚本的统一的、即非硬件或设施特定的实施方案。有利地，DOM尤其提供稳健的可行性，以产生、管理、添加、移除或修改文档和创建嵌套的或分级的结构并且在其中导航，并且在此可以操作大范围的不同数据。与之相应，“文档”在此应以最广泛的意义来理解，并且还可以是或包括典型地可以被称为数据而不是经典意义上的文档的文件、元件或信息。

已经发现：DOM特别适合模拟复杂的工程设施和其各个设备和硬件部件之间的关系和相关性，因为所述DOM本身已经设有类似的分级结构并且也动态且灵活地直接实现结构或基于其产生的数字复制品的构建以及适配。

在本发明的另一种有利的设计方案中，虚拟设备以及可能的基本硬件部件的功能行为通过相应的脚本、即行为脚本实施，其中在脚本中描述相应的设备对发送给所述设备的信号的反应。该意义而言的信号例如可以是或显示指令、数据传输、事件等。例如，对这种信号的反应可以是或包括触发开关过程、操控硬件部件或另一虚拟设备、将信号转发给下一分级层面、激活或停用硬件部件或虚拟设备、切换状态或状况、产生响应信号和/或等等。因此，使用脚本、即以脚本语言编写的文件或程序来实施行为已被证明是特别有利的，例如因为在此固有地设有相关性、调用和访问例如呈现其他硬件部件和/或其他虚拟设备的其他程序部分，以及灵活且动态适配行为，即可尤其简单地实现。

在本发明的另一种有利的设计方案中，系统对于每个虚拟设备都包括相应的实施类，在所述实施类中说明相应的虚拟设备的未在所述基类中描述的特性。例如，在这种实施类中限定或者说明：由基本硬件部件中的哪个构建相应的虚拟设备，以及如何、即以何种拓扑相互设置所述硬件部件。同样地，在此可以说明：设备处于哪个分级层面上，也即其是哪个或哪些在分级上更高的设备的部件，和/或其包括哪些在分级上更低的设备等等。虚拟设备的这种基于类的实施方案有利地实现：利用相同的资源灵活且动态地生成设施的不同的数字复制品，例如借助不同的配设或状态来启动，即绑定到数字复制品中。于是，为此，有利地不必为每个变型形式、即为每个不同的数字复制品手动地从零开始建立自身的静态的实施方案。

在本发明的另一种有利的设计方案中，根据本发明的系统对于每个虚拟设备、优选也对于基本硬件部件包括相应的虚拟图形3D模型。所述3D模型例如可以绑定到虚拟设备的所描述的实施类中。尤其优选地，3D模型可以是动态的，即例如采用不同的状态。例如，可以接通和切断显示元件、即例如LED、状态指示器等，单独部件、即例如翻盖、覆盖件、杠杆等可移动到不同的姿态中等等。通过虚拟图形的3D模型可以有利尤其直观地且现实地设计数字复制品，进而实现尤其直观和沉浸式的虚拟训练。3D模型可以根据虚拟设备或相应的数字复制品的逻辑和分级结构相互连接或链接，以便使所复制的设施的结构以及工作方式对于操作人员而言为了训练的目的可尤其直观地访问。

本发明的另一方面是用于为虚拟训练提供设施的至少一部分的数字或虚拟的复制品、即数字孪生的方法。在根据本发明的方法的方法步骤中提供尤其上述的基类，所述基类与设备无关地实施可以在不同设备中使用的基本硬件部件的功能以及可能的其他特性。在根据本发明的方法的另一方法步骤中，提供按分级排列的虚拟设备或组件的尤其所提出的数据库，所述虚拟设备中的至少一个虚拟设备绑定基本硬件部件中的至少一个基本硬件部件，并且所述虚拟设备确定性地复制对应的真实设备或对应物的功能行为和拓扑。

在根据本发明的方法的另一方法步骤中，读入预设的训练场景。这可以包括读入要复制的工程设施的规划。作为训练场景的一部分同样如在根据本发明的系统的上下文中那样例如可以说明：真实工程设施的哪些部件、设备或部分应被复制，其应当处于何种状态(例如运行状态、接通状况、功能、故障状态等)和/或在训练的范围中应当完成哪个或哪些任务。

在根据本发明的方法的另一方法步骤中，从根据训练场景所需的虚拟设备和/或基本硬件部件中自动动态地生成数字复制品。

此外，根据本发明的方法可以包括在上下文中借助根据本发明的系统描述的步骤、措施或过程作为另外的、可能可选的方法步骤。

根据本发明的系统可以设计用于执行或实施根据本发明的方法。与之相应，为了执行根据本发明的方法的方法步骤，可以使用对应于在上下文中借助根据本发明的系统描述或提及的设备或装置。

在本发明的一种有利的改进形式中，所生成的数字复制品被嵌入到虚拟训练环境中，并且所述虚拟训练环境输出给AR设备(AR：增强现实)或VR设备(VR：虚拟现实)。这种设备例如可以是数据眼镜、HMD(头戴式显示器)、相应装备的空间等。虚拟训练环境可以向用户或观察者、即例如要训练的设施操作人员呈现虚拟空间环境，在所述虚拟空间环境中显示设施的数字复制品并且可以交互地操作或操纵。在虚拟训练环境中，因此例如可以虚拟地履行或执行操作流程或维护措施，即例如更换设备等。以这种方式，实现尤其直观且浸入式进而尤其密集和高质量的训练，尤其在此不必因操作错误等而危及对应的真实设施或不必中断真实设施的运行。

与在真实设施处的训练相比，在此，根据设施的数字复制品在虚拟训练环境中进行训练可以特别省时，因为例如在虚拟环境中如所描述的那样缩短了例如在现实中需要一定时间的过程或流程。例如，在真实设施复杂的情况下，设施的关闭或启动会需要几分钟，在此期间相应的用户无法执行其他措施或操作。例如，在虚拟训练环境中，这可以缩短到几秒钟，因为在此只必须呈现对应的过程。因此，这种时间段可以在虚拟训练环境中减少或缩短，由此可以有利地改进训练的时间效率和密度。

本发明的另一方面是一种包括命令或控制指令的计算机程序产品，所述命令或控制指令在通过计算机、特别是根据本发明的系统执行时，尤其自动地或半自动地促使所述计算机执行或实施根据本发明的方法的至少一个实施方式。在此，基类和数据库的提供例如可以意味着或者包括：其检测或读入或加载到数据存储器中和/或其经由软件和/或硬件接口或通过输出参考得到其可访问性，例如输出给功能或方法或程序模块或数据处理设备、例如用于该方法的计算机或处理器等。因此，根据本发明的计算机程序产品可以是计算机程序。同样地，根据本发明的计算机程序产品可以是计算机可读数据载体，在所述数据载体上存储有这种计算机程序。

根据本发明的系统的至今为止和下文中说明的特性和改进形式以及对应的优点分别意义上可转用于本发明的其他方面、即转用于根据本发明的方法和根据本发明的计算机程序产品，并且反之亦然。因此，本发明的所述方面的具有如下设计方案的这些改进形式也属于本发明，所述设计方案在此为了避免不必要的冗余未明确地在相应的组合中单独描述或不针对本发明的每个方面单独描述。

附图说明

本发明的其他特征、细节和优点从优选实施例的以下描述以及根据附图得出。在此示出：

图1示出用于提供虚拟训练的方法的示例性的示意流程图；

图2示出用于说明虚拟设备的示意图；

图3示出用于说明分级的设施结构的示意图；

图4示出用于说明图3的设施结构的设备的信号流结构的示意图；

图5示出外围机架的示意图，所述外围机架包括多个在分级上处于下级的设备；和

图6示出用于说明图5的设备的信号流结构的示意图。

下面解释的实施例是本发明的优选的实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别表示本发明的相应单独的、可彼此独立考虑的特征，所述特征也彼此独立地分别改进本发明进而也可单独地或以与所示出的组合不同的方式组合地视作为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式还可以通过本发明的已经描述的其他特征来补充。

在附图中，相同、功能相同或彼此对应的元件分别用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示意性地呈现用于为了训练目的提供工程设施的数字复制品的系统1和方法。例如，系统1可以是具有数据载体的计算机，在所述数据载体上存储有实施该方法的计算机程序。这种计算机程序在此以示例性示意流程图的形式呈现。下面参考其余附图来解释方法和系统1的功能或工作方法。

该方法始于方法步骤S1。在此例如系统1可以投入运行。例如，在此同样可以预设训练场景，并通过系统1检测。

在方法步骤S2中，检测设施和设备信息。在此例如读入或加载要复制的设施的规划、与设备无关地实施基本硬件部件3(见图2)的功能的基类和虚拟设备2(参见图2)的数据库，所述虚拟设备复制确定性地对应的真实设备的拓扑和功能行为。基类，例如称为device.cs，因此可以包含用于数字复制品和其在VR训练环境中应用的所有相关的硬件部件3的核心功能和属性。

当前，要复制的设施例如可以是用于发电厂的控制工程系统，例如西门子SPPA-T3000系统。所述设施由多个单独的设备和部件构建，所述部件分别具有相应的单独的功能和特性，并且彼此处于有效或功能连接，即例如可以相互交换信号。

图2示出用于说明虚拟设备2的示意图。虚拟设备2当前包括多个基本硬件部件3并且在此示意性地划分为输入区域4(Input输入)和输出区域5(Output输出)，硬件部件3分布到所述输入区域和输出区域上。在逻辑和电路技术方面，例如，机架端子6、即用于与机架连接的端口和用于接通和断开虚拟设备2的开关7可以设置在输入区域4中。对应地例如，例如呈LED等形式的状况显示器8、相位端子9和接地端子10、即用于连接电力线缆或用于建立与供电网络的电连接的对应的端口可以设置在输出区域5中。

例如，虚拟设备2可以是电源、诸如西门子PS327。但是，可以以相应的方式和方法虚拟地呈现多种不同的设备。可以针对每个虚拟设备2例如在相应的实施类中描述虚拟设备2包括呈何种设置的哪些硬件部件3，所述实施类例如可以作为数据库的一部分在方法步骤S2中加载。当前，虚拟设备2还包括虚拟的图形3D模型11或对所述3D模型11的参考，借助所述3D模型可以在VR训练环境中为相应用户呈现虚拟设备2。

在方法步骤S2中检测的数据或信息，例如以XML文件的形式的数据或信息，在方法步骤S3中借助于系统1的解析器处理成虚拟设备2和硬件部件3的列表，所述虚拟设备和硬件部件证实分级结构。因此，解析器例如可以将相应当前提供的规划、即例如SPPA-T3000系统的规划转换成这种分级结构化的列表。

图3示出用于说明分级的设施结构的示意图。在此，机架12处于最高的分级层面上，所述机架就其而言具有至少一个第一端口13、第二端口14和第三端口15作为基本硬件部件3。在所述端口13、14、15处连接较低分级层面的元件。当前，这例如是连接于第一端口13的电源16、连接于第二端口14的处理器17和连接于第三端口15的通信处理器18。电源16、处理器17和/或通信处理器18就其而言可以是虚拟设备2并且与之相应地就其而言具有基本硬件部件3或作为基本硬件部件3处理。

因此，机架12在此表示在分级上处于上级的单元，在分级上处于下级的元件16、17、18在分级方面与所述在分级上处于上级的单元相关，使得得到母子结构(Parent-Child结构)。设备或部件12、16、17、18之间的信号流也相应地设计。图4为此示出用于说明图3的设施结构的设备或元件12、16、17、18之间的信号流的示意图。在此，到设备或部件12、16、17、18的信号传输从在分级上处于上级的机架12开始进行或者经由所述机架进行。这尤其当机架12与设置在其中的或保持在其中的设备或部件16、17、18在其方面是分级更高设置的虚拟设备2的一部分时，才会是这种情况。

图5示例性地示出虚拟图形3D模型11、当前为外围机架19的示意图。所述外围机架19作为在分级上处于上级的单元包括多个相对于其在分级上处于下级的设备20。因此，外围机架19和下级的设备20嵌入分级结构中并且沿着所述分级结构或树结构进行信号传输，这在图6中示意性地示出。在此，外围机架19形成最高分级层面。在此，外围机架19形成最高的分级层级。然后，可以将信号从外围机架19传输至下一分级层面的下级的设备20。这在此例如是电源16和五个总线模块21至25。

所述总线模块21至25又可以分别与相对于其在分级上处于下级的设备20通信。对于第一总线模块21，这例如是两个界面模块26，例如西门子IM153-2模块。例如，第二总线模块22可以包括数字输入输出模块，即例如西门子SM323，或者与所述输入输出模块链接以进行信号传输。第三总线模块23例如可以包括分离组件28(英文：safety protector安全保护器)或者与所述分离组件以传递信号的方式链接。第四总线模块24和第五总线模块25例如可以分别包括输入组件29，例如西门子SM326或与其以传递信号的方式链接或连接。

例如，如果在外围机架19和数字输入输出模块27之间交换信号，则所述信号当前运行通过第二总线模块22或相应地被转发。同样地，外围机架19例如可以将信号或要求或请求发送给第一总线模块21。然而，在第一总线模块的实施类或用于第一总线模块21的对应的行为脚本中可以确定：所述第一总线模块应当如何对这种信号做出反应。与之相应地，第一总线模块21然后对由外围机架19发送的信号做出反应，因此例如实施开关或者转换信号并且必要时在其方面产生输出信号，所述第一模块然后将所述输出信号发送给界面模块26中的例如其中一个。

为了对应地复制分级结构和各个虚拟设备2和硬件部件3的行为以及分别由其形成的设施数字复制品，在此优选地使用DOM和描述个体行为的行为脚本，所述行为脚本例如可以用C#编写。因此，在此将所有相关的虚拟设备2和硬件部件3至少在其形式和其拓扑以及其行为方面从物理显示中数字化，即传递到虚拟显示中。

然后，处理在方法步骤S3中产生的列表，所述列表说明或表示要使用的虚拟设备2和硬件部件3的所描述的分级结构。为此，例如在方法步骤S4中，将分级结构的根元件，即分级最高的虚拟设备2存储在数据结构中，例如存储在堆栈存储器(stack)中。在方法步骤S5中询问：数据结构是否包含至少一个元件或是否为空。如果数据结构包含至少一个元件，则该方法遵循程序路径PI到方法步骤S6。

在方法步骤S6中，从数据结构中读出最高的或最后添加的元件并且在那里删除。该元件在方法步骤S7中被实例化。在方法步骤S8中，元件的所产生的实例和与其相关联的设备或部件信息链接或设有该设备或部件信息，所述设备或部件信息例如在方法步骤S2中检测。

在方法步骤S9中，根据设备或部件信息，检测相应元件的现有的子设备，即下级的设备20或硬件部件3，并存储在数据结构中。然而，随程序路径P2之后，方法步骤S5到S9环状地被遍历执行直至处理过整个分级结构或整个列表，并且与之相应地在方法步骤S5的进程中确定：数据结构不再包含任何其他元件。

在这种情况下，该方法随后跟随程序路径P3到达方法步骤S10。在方法步骤S10中，实例化的元件、即虚拟设备2或硬件部件3置于其根据相应的训练场景设施的状态下，由此提供虚拟的训练环境。然后，可以在方法步骤S11中在训练开始时例如将虚拟训练环境输出给VR设备。

在训练结束之后，该方法可以在方法步骤S12中结束。在此，例如，训练环境或设施的为其产生的数字复制品可以被丢弃并且系统1被切断或置于初始或待机状态。

因此，以此处描述的方式和方法，为了训练的目的可以产生并提供真实工程设施的特别灵活的且可易于适配的数字孪生。这有利地利用数字标准部件是可行的，所述数字标准部件根据需要、客户和设施特定地、动态地可以以不同的方式组合或链接，以便表示不同的设施、设施状态、修改和/或训练场景。因此，可以借助尤其少的工作和成本耗费分别将设施的精确的虚拟或数字映像组合，所述映像不仅复制其拓扑或结构，而且还复制其行为或工作方式。特别地，这例如通过使用标准部件和DOM针对各种设施大小可以几乎任意缩放。因此，可以借助对相应的真实设施的与非客户或设施特定适配的静态的训练设施显著提高的参考来实现价格上可接受的训练可行性。通过在此在VR训练环境而不是例如物理真实的训练或孪生设施中使用数字复制品，还可以有利地直接在真实的被复制的设施的区域中直接进行永久训练，由此在实践中得到改进的训练可行性。

Claims (11)

1.一种用于提供虚拟训练用的设施的至少一部分的数字复制品的系统(1)，所述系统具有数据存储器，在所述数据存储器中至少存储有：

-基类，所述基类与设备无关地实施能够在不同设备中使用的基本硬件部件(3)的功能；和

-虚拟设备(2，12，19，20)的数据库，所述虚拟设备中的至少一个虚拟设备绑定所述基本硬件部件(3)中的至少一个基本硬件部件，并且所述虚拟设备确定性地复制对应真实设备的拓扑和功能行为，

其中，

-所述虚拟设备(2，12，19，20)具有分级嵌套的结构，从而使得在分级上更高的设备(2，12，19)包括至少一个在分级上更低的设备(20)和/或包括基本硬件部件(3)中的至少一个基本硬件部件；和

-所述系统(1)设计用于：以分别匹配于预设的训练场景的方式动态地从所述虚拟设备(2，12，19，20)和/或所述基本硬件部件(3)中生成数字复制品。

2.根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，所述系统(1)包括解析器，所述解析器设计用于：读出描述预设的训练场景和/或要复制的设施的文件，并且从中自动地产生具有分级结构的、对于所述训练场景所需的和/或包含在所述设施中的相应的设备(2，12，19，20)和/或硬件部件(3)的列表。

3.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，根据所述虚拟设备(2，12，19，20)的所述分级结构，每个虚拟设备(2，12，19，20)只要存在就与相对于其在分级上处于上级的或在分级上处于下级的虚拟设备(2，12，19，20)链接，其中经由这种链接能够在不同的分级层面的虚拟设备(2，12，19，20)之间传递信号。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，对于每个虚拟设备(2，12，19，20)单独确定：所述虚拟设备对相对于其在分级上处于上级的设备(2，12，19，20)和/或相对于其在分级上处于下级的设备(2，12，19，20)接收的那些信号做出何种反应。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统(1)使用文档对象模型来实施所述虚拟设备(2，12，19，20)的分级结构。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述虚拟设备(2，12，19，20)的功能行为通过相应的脚本实施，其中在所述脚本中描述相应的虚拟设备(2，12，19，20)对发送给所述设备(2，12，19，20)的信号的反应。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统(1)对于每个虚拟设备(2，12，19，20)都包括相应的实施类，在所述实施类中说明了相应的虚拟设备(2，12，19，20)的、并未在所述基类中描述的特性。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统(1)对于所述虚拟设备(2，12，19，20)中的每个虚拟设备、优选也对于所述基本硬件部件(3)包括相应的虚拟图形3D模型(11)。

9.一种用于提供虚拟训练用的设施的至少一部分的数字复制品的方法，所述方法具有以下方法步骤：

-提供基类，所述基类与设备无关地实施能够在不同设备中使用的基本硬件部件(3)的功能；

-提供按分级排列的虚拟设备(2，12，19，20)的数据库，所述虚拟设备中的至少一个虚拟设备绑定所述基本硬件部件(3)中的至少一个基本硬件部件，并且确定性地复制对应真实设备的拓扑和功能行为；

-读入预设的训练场景；

-从根据所述训练场景所需的虚拟设备(2，12，19，20)和/或所述基本硬件部件(3)中自动动态地生成所述数字复制品。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将生成的数字复制品嵌入虚拟训练环境中，并将该虚拟训练环境输出给AR设备或VR设备。

11.一种计算机程序产品(1)，其包括指令，所述指令在其通过计算机执行时促使所述计算机执行根据权利要求9和10中任一项所述的方法。

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