CN114491964A - 一种可进行协同工作的数字孪生建模系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，涉及数字孪生技术领域，系统框架从底端到顶端依次包括孪生体设计器模块、三维可视化设计模块以及预览发布模块，所述孪生体设计器模块包括应用项目管理子模块、孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块、孪生体预览发布子模块和第三方工具集成子模块，三维可视化设计模块包括几何模型导入与管理子模块、场景图元导入与编辑子模块以及交互控制编辑子模块，预览发布模块包括预览子模块和发布子模块。该可进行协同工作的数字孪生建模系统，通过设置孪生体设计器模块、三维可视化设计模块及预览发布模块，对数字孪生体进行开发建设，从而加快产品的开发过程，提高开发和生产的有效性和经济性。

Description

一种可进行协同工作的数字孪生建模系统

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，具体为一种可进行协同工作的数字孪生建模系统。

背景技术

在工业界，无论智能制造还是工业4.0，这些智能化体系都需要网络化和数字化两个工具来支撑。在中国，工业互联网已迅速发展，而数字孪生将应用到各行各业。

近些年，数字孪生的到越来越广泛的传播。它的发展得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生的实施已逐渐成为可能，现阶段，除了航空航天领域，数字孪生还被应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等行业。特别是在智能制造领域，数字孪生被认为是一种实现制造信息世界与物理世界交互融合的有效工具。

如今，随着产品生命周期的缩短、产品定制化程度的增强，以及企业必须同上下游建立起协同的生态环境，这些都迫使企业不得不采取数字化的手段来加强产品的开发以提高开发、生产及服务。数字化的转变对于传统的工业企业来说较为困难，因为其沿用了几十年的基于经验的传统设计和制造理念相去甚远。设计人员可能不再需要依赖通过开发实际的物理原型来验证设计理念，也无需通过复杂的物理实验来验证产品的可靠性，不需要进行小批量试制就可以直接预测生产的瓶颈。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，系统框架从底端到顶端依次包括孪生体设计器模块、三维可视化设计模块以及预览发布模块，其中，所述孪生体设计器模块包括应用项目管理子模块、孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块、孪生体预览发布子模块和第三方工具集成子模块，所述三维可视化设计模块包括几何模型导入与管理子模块、场景图元导入与编辑子模块以及交互控制编辑子模块，所述预览发布模块包括预览子模块和发布子模块；

所述孪生体设计器模块，用于项目新增、项目查询、项目修改、项目删除、标识、属性管理、事件管理、行为管理、孪生体关联、孪生体库管理、孪生体逻辑构建、模型服务编排、模型运行、其他模型的封装与调用、行为服务构建与封装、服务库管理、孪生体定义的行为服务接口列表、孪生体定义的事件接口列表、公共IOT数据接口列表、机理建模工具、数据建模工具以及知识建模工具；

所述三维可视化设计模块，用于承担各种数字孪生模型的导入、人机交互的场景编辑和控制模式编辑的工作；

所述预览发布模块，用于场景预览、界面配置、VR发布、web发布以及云市场发布。

进一步优化本技术方案，所述孪生体设计器模块中的应用项目管理子模块采用React、Python进行技术路线设计，用于实现项目管理页面；所述孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块和孪生体预览发布子模块采用React、业务编排引擎X6进行技术路线设计；所述第三方工具集成子模块采用路由跳转、本地唤醒进行技术路线设计。

进一步优化本技术方案，所述三维可视化设计模块采用C++/Python/UE4/RestfulAPI进行技术路线设计，具体承担的工作包括：孪生体导入、孪生体库、服务编辑、服务组件库、几何模型导入、几何模型查看、几何模型编辑、几何模型删除、图表组件库、数据配置、几何模型行为编辑、场景编辑、UI组件编辑、工具栏、人机行为编辑、视图控制以及导航编辑。

进一步优化本技术方案，预览发布模块采用C++/Python/UE4/RestfulAPI进行技术路线设计，用于实现数字孪生应用预览、数字孪生Web应用发布、数字孪生VR应用发布和数字孪生应用云市场发布工作。

进一步优化本技术方案，所述三维可视化设计模块中的各个子模块进一步的用于实现以下具体功能：

所述几何模型导入与管理子模块，用于支持孪生体绑定、数据展示编辑、动作编辑、动作组件管理；

所述场景图元导入与编辑子模块，用于支持场景导入与编辑、环境图元的管理；

所述交互控制编辑子模块，用于支持UI板编辑、人机行为编辑、交互输入管理、对象交互控制。

进一步优化本技术方案，所述建模系统还包括有数据库、模型库、应用部署以及运行环境，所述数据库部署到服务器端以实现存放模型库中的各类模型，以及提供模型的上传、下载、版本管理的服务，所述运行环境部署到服务器端以提供仿真建模和运行环境。

进一步优化本技术方案，所述模型库包括孪生体模型、几何模型、机理模型、数据模型和知识模型；所述应用部署包括孪生建模、业务编排、可视化建模以及预览发布，并部署到服务器端以实现服务器代理服务。

进一步优化本技术方案，所述孪生建模和业务编排均采用B/S架构，用于保证用户能在云端完成全部操作。

进一步优化本技术方案，所述可视化建模以及预览发布采用C/S架构，用于缓解大量GPU和内存资源的占用压力。

进一步优化本技术方案，所述预览发布的数字孪生构建形成的应用成果在根据需要发布成Web端或VR端。

与现有技术相比，本发明提供了一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，具备以下有益效果：

该可进行协同工作的数字孪生建模系统，通过设置孪生体设计器模块、三维可视化设计模块及预览发布模块，对数字孪生体进行开发建设，在数字孪生构建工具中，同时存在B/S和C/S两种形态，数字孪生应用发布包括了VR版本和Web版本两种方式，其中VR版本属于桌面应用程序，而WEB版本属于浏览器应用程序，这两种版本的功能和展示效果高度一致，从而加快产品的开发过程，提高开发和生产的有效性和经济性。

附图说明

图1为本发明提出的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统的结构示意图；

图2为本发明提出的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统的应用部署架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，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。

如下表所示，在本发明的所有实施例中所出现的名称和关键术语进行定义和解释。

实施例一：

请参阅图1，一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，系统框架从底端到顶端依次包括孪生体设计器模块、三维可视化设计模块以及预览发布模块，其中，所述孪生体设计器模块包括应用项目管理子模块、孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块、孪生体预览发布子模块和第三方工具集成子模块，所述三维可视化设计模块包括几何模型导入与管理子模块、场景图元导入与编辑子模块以及交互控制编辑子模块，所述预览发布模块包括预览子模块和发布子模块；

所述孪生体设计器模块，用于项目新增、项目查询、项目修改、项目删除、标识、属性管理、事件管理、行为管理、孪生体关联、孪生体库管理、孪生体逻辑构建(事件、行为)、模型服务编排、模型运行、其他模型的封装与调用、行为服务构建与封装、服务库管理、孪生体定义的行为服务接口列表、孪生体定义的事件接口列表、公共(企业)IOT数据接口列表、机理建模工具、数据建模工具以及知识建模工具。

所述孪生体设计器模块中的应用项目管理子模块采用React、Python进行技术路线设计，用于实现项目管理页面；所述孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块和孪生体预览发布子模块采用React、业务编排引擎X6进行技术路线设计；所述第三方工具集成子模块采用路由跳转、本地唤醒进行技术路线设计。

所述三维可视化设计模块，用于承担各种数字孪生模型的导入、人机交互的场景编辑和控制模式编辑的工作。

所述三维可视化设计模块采用C++/Python/UE4/Restful API进行技术路线设计，具体承担的工作包括：孪生体导入、孪生体库、服务编辑、服务组件库、几何模型导入、几何模型查看、几何模型编辑、几何模型删除、图表组件库、数据配置、几何模型行为编辑、场景编辑、UI组件编辑、工具栏、人机行为编辑、视图控制以及导航编辑。

所述预览发布模块，用于场景预览、界面配置、VR发布、web发布以及云市场发布。

所述预览发布模块采用C++/Python/UE4/Restful API进行技术路线设计，用于实现数字孪生应用预览、数字孪生Web应用发布、数字孪生VR应用发布和数字孪生应用云市场发布工作。

所述三维可视化设计模块中的各个子模块进一步的用于实现以下具体功能：

所述几何模型导入与管理子模块，用于支持孪生体绑定、数据展示编辑、动作编辑、动作组件管理；

所述场景图元导入与编辑子模块，用于支持场景导入与编辑、环境图元的管理；

所述交互控制编辑子模块，用于支持U I板编辑、人机行为编辑、交互输入管理、对象交互控制。

在本实施例中，数字孪生应用发布包括了VR版本和Web版本两种方式，其中VR版本属于桌面应用程序，而WEB版本始于浏览器应用程序。这两种版本的功能和展示效果高度一致。同时项目的三维孪生体建模工具基于开源虚幻引擎技术，在能够得到顶级三维场景显示效果的同时对构建工具的GPU、CPU和内存也有一定要求。其中，Web版本应用的服务器端、以及数字孪生建模工具的客户端需要具备较高水准的CPU和GPU以及内存，如果需要可视化建模功能的话，建议使用英伟达3070或以上显卡或AMD相当水平的显卡，内存32G以上，硬盘1T以上的硬件配置。

如图2所示，进一步的，所述建模系统还包括有数据库、模型库、应用部署以及运行环境，所述数据库部署到服务器端以实现存放模型库中的各类模型，以及提供模型的上传、下载、版本管理的服务，所述运行环境部署到服务器端以提供仿真建模和运行环境，所示可进行协同工作的数字孪生建模系统和模型库的信息交换。

进一步的，所述模型库包括孪生体模型、几何模型、机理模型、数据模型和知识模型；所述应用部署包括孪生建模、业务编排、可视化建模以及预览发布，并部署到服务器端以实现服务器代理服务。

更进一步的，数字孪生模型数据导入及绑定子工具基于可视化建模构建的富客户端工具应用程序负责几何模型导入、数字孪生模型导入、和各种关联关系及API的数据绑定以及测试；客户端为数字孪生三维场景编辑器和展示端，实现负责数字孪生模型和场景的可视化编辑以及呈现，负责数字孪生应用的生成与发布，包括VR端应用和WEB端应用。

为实现与云端仿真建模环境的连接，本实施例中的系统技术架构主要内容如下：

(1)孪生建模和业务编排系统采用B/S架构使得用户能在云端完成全部操作；

(2)由于几何模型、三维场景的编辑以及算法/模型的构建需要占用大量GPU和内存资源，B/S客户端难以提供良好用户体验，可视化建模和预览发布采用C/S架构；

(3)数字孪生构建形成的应用成果可根据需要发布成Web端或VR端。。

实施例二：

本发明提出的可进行协同工作的数字孪生建模系统由于涉及到众多软件的集成运行，可也可以认为是提供了一套可协同工作完成数字孪生建设的工具集，故凡依本发明所述的系统框架、功能、接口及数据库所做的等效变化均应包括于本发明申请范围内。

本发明的有益效果是：

该可进行协同工作的数字孪生建模系统，通过设置孪生体设计器模块、三维可视化设计模块及预览发布模块，对数字孪生体进行开发建设，在数字孪生构建工具中，同时存在B/S和C/S两种形态，数字孪生应用发布包括了VR版本和Web版本两种方式，其中VR版本属于桌面应用程序，而WEB版本属于浏览器应用程序，这两种版本的功能和展示效果高度一致，从而加快产品的开发过程，提高开发和生产的有效性和经济性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，系统框架从底端到顶端依次包括孪生体设计器模块、三维可视化设计模块以及预览发布模块，其中，所述孪生体设计器模块包括应用项目管理子模块、孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块、孪生体预览发布子模块和第三方工具集成子模块，所述三维可视化设计模块包括几何模型导入与管理子模块、场景图元导入与编辑子模块以及交互控制编辑子模块，所述预览发布模块包括预览子模块和发布子模块；

所述孪生体设计器模块，用于项目新增、项目查询、项目修改、项目删除、标识、属性管理、事件管理、行为管理、孪生体关联、孪生体库管理、孪生体逻辑构建、模型服务编排、模型运行、其他模型的封装与调用、行为服务构建与封装、服务库管理、孪生体定义的行为服务接口列表、孪生体定义的事件接口列表、公共IOT数据接口列表、机理建模工具、数据建模工具以及知识建模工具；

所述三维可视化设计模块，用于承担各种数字孪生模型的导入、人机交互的场景编辑和控制模式编辑的工作；

所述预览发布模块，用于场景预览、界面配置、VR发布、web发布以及云市场发布。

2.根据权利要求1所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述孪生体设计器模块中的应用项目管理子模块采用React、Python进行技术路线设计，用于实现项目管理页面；所述孪生体设计子模块、孪生业务编排子模块和孪生体预览发布子模块采用React、业务编排引擎X6进行技术路线设计；所述第三方工具集成子模块采用路由跳转、本地唤醒进行技术路线设计。

3.根据权利要求1所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述三维可视化设计模块采用C++/Python/UE4/Restful API进行技术路线设计，具体承担的工作包括：孪生体导入、孪生体库、服务编辑、服务组件库、几何模型导入、几何模型查看、几何模型编辑、几何模型删除、图表组件库、数据配置、几何模型行为编辑、场景编辑、UI组件编辑、工具栏、人机行为编辑、视图控制以及导航编辑。

4.根据权利要求1所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述预览发布模块采用C++/Python/UE4/Restful API进行技术路线设计，用于实现数字孪生应用预览、数字孪生Web应用发布、数字孪生VR应用发布和数字孪生应用云市场发布工作。

5.根据权利要求1所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述三维可视化设计模块中的各个子模块进一步的用于实现以下具体功能：

所述几何模型导入与管理子模块，用于支持孪生体绑定、数据展示编辑、动作编辑、动作组件管理；

所述场景图元导入与编辑子模块，用于支持场景导入与编辑、环境图元的管理；

所述交互控制编辑子模块，用于支持UI板编辑、人机行为编辑、交互输入管理、对象交互控制。

6.根据权利要求1所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述建模系统还包括有数据库、模型库、应用部署以及运行环境，所述数据库部署到服务器端以实现存放模型库中的各类模型，以及提供模型的上传、下载、版本管理的服务，所述运行环境部署到服务器端以提供仿真建模和运行环境。

7.根据权利要求6所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述模型库包括孪生体模型、几何模型、机理模型、数据模型和知识模型；所述应用部署包括孪生建模、业务编排、可视化建模以及预览发布，并部署到服务器端以实现服务器代理服务。

8.根据权利要求7所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述孪生建模和业务编排均采用B/S架构，用于保证用户能在云端完成全部操作。

9.根据权利要求7所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述可视化建模以及预览发布采用C/S架构，用于缓解大量GPU和内存资源的占用压力。

10.根据权利要求7所述的一种可进行协同工作的数字孪生建模系统，其特征在于，所述预览发布的数字孪生构建形成的应用成果在根据需要发布成Web端或VR端。

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