JP2020177672A - デジタルツインによるプロセス制御 - Google Patents
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Abstract
Description
Xは、入力ベクトルx∈Xの有限集合、
Zは、状態変数ベクトルz∈Zの有限集合、
Yは、出力ベクトルy∈Yの有限集合、
Φin:Z→Zは、内部事象の状態遷移関数、
Φex:Z×X→Zは、外部事象の状態遷移関数、
Ω:Z×X→Yは、出力関数、
τ:Z→R+は、保持時間関数である。
Z'(t)=Φex(x(t),z0(t))
に従って、z'∈Zに変化する場合がある。
Z'(t+τ(z))=Φin(z(t))
に従って内部状態遷移関数によって決定される新しい状態が生成される。
y(t)=Ω(z(t),x(t))
式中、z(t)は、この場合も初期状態である。入力がない、すなわち主流である外部事象がないとき、x(t)は、ゼロベクトルであり得ることに留意されたい。
τ(zi)=min{τ1,…,τm}
に従って決定され得る。
少なくとも1つの状態モデルΣi● i=1,…,s内の少なくとも1つの状態zi●kは、
メタ記述ドメインにおける状態を特徴付けるメタ特徴のセットMFi●k,1={fc1,…,fcc}i●k,1、
検討される状態のターゲットを特徴付ける値の離散的または連続的な範囲を有するターゲット特徴のセットTFi●k,2={ft1,…,ftt}i●k,2、および
検討される状態の実際のコンステレーションを表す値の離散的または連続的な範囲を有する実際の特徴のセットAFi●k,3={fa1,…,faa}i●k,3
に従って、異なるレベルのデータ抽象化を使用する部分状態のセットzi●k,pであるメタモデルを有する。
Φex,i●at:zi●a∈Zi●x
Πex,i●a×Δex,i●a×con_IDa x
MFi●a,1×TFi●a,2×AFi●a,3→
zi●t∈Zi●×con_IDt x
MFi●t,1×TFi●t,2×AFi●t,3
に従ってメタモデルデータフローとしてモデリングされ得る。
Φin,i●at:zi●a∈Zi●x
Πin,i●a×Δin,i●a×con_IDa x
MFi●a,1×TFi●a,2×AFi●a,3→
zi●t∈Zi●×con_IDt x
MFi●t,1×TFi●t,2×AFi●t,3
に従って、メタオブジェクトタイプMO●およびその状態モデルΣi●における内部状態遷移に関するメタモデルデータフローとしてモデリングされ得る。
zi●a∈Zi●は、メタオブジェクトタイプMO●の少なくとも1つの状態モデルΣi●i=1,…,s)のすべての状態のセットZi●から選択されたソース状態であり、
zi●t∈Zi●は、メタオブジェクトタイプMO●の少なくとも1つの状態モデルΣi●i=1,…,sのすべての状態のセットZi●から選択されたターゲット状態であり、
Πex,ini●aは、ソース状態zi●aからターゲット状態zi●tへの状態遷移をトリガする外部または内部状態ベクトルのセットであり、
Δex,ini●aは、ソース状態zi●aからターゲット状態zi●tへの状態遷移をトリガする条件のベクトルであり、
con_IDaは、ソース状態zi●aからターゲット状態zi●tへの状態遷移の前に、メタオブジェクトタイプMO●によってモデリングされるサブシステムについて主流であるコンテキストのコンテキスト識別であり、
con_IDtは、ソース状態zi●aからターゲット状態zi●tへの状態遷移の後に、メタオブジェクトタイプMO●によってモデリングされるサブシステムについて主流であるコンテキストのコンテキスト識別であり、
MFi●a,1×TFi●a,2×AFi●a,3は、ターゲット状態zi●tへの状態遷移前のソース状態zi●aでのメタ特徴、ターゲット特徴、および実際の特徴の値の表現であり、
MFi●t,1×TFi●t,2×AFi●t,3は、ターゲット状態zi●tへの状態遷移後のターゲット状態zi●tでのメタ特徴、ターゲット特徴、および実際の特徴の値の表現である。
メタ記述ドメインにおける状態を特徴付けるメタ特徴のセットMFi●k,1={fc1,…,fcc}i●k,1、
検討される状態のターゲットを特徴付ける値の離散的または連続的な範囲を有するターゲット特徴のセットTFi●k,2={ft1,…,ftt}i●k,2、および
検討される状態の実際のコンステレーションを表す値の離散的または連続的な範囲を有する実際の特徴のセットAFi●k,3={fa1,…,faa}i●k,3
に従って、異なるレベルのデータ抽象化を使用する部分状態のセットzi●k,pであるメタモデルによって表される。
ソフトウェアライブラリから利用可能な実行可能ソフトウェアのパラメータ化を介して、システムクラスタMOCiごとに少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルを構成する
ように適合され、
少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルは、サブシステムクラスタMOCiのすべてのサブシステムの使用に関して少なくとも1つのサブシステム使用モデルを実行するように構成され、
少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルは、メタレベルのメッセージフォーマットを有するメッセージストリームを少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルとの間で交換するための入力インターフェースおよび出力インターフェースを実行するように構成される。
ベクトルおよびセット:
x=(x1,…,xk)T 入力ベクトル
X 入力ベクトルのセット
y=(y1,…,yn)T 出力ベクトル
Y 出力ベクトルのセット
z=(z1,…,zm)T 状態変数ベクトル
Z 状態変数ベクトルのセット
SS={SS1,…,SSp} 分散型事象離散システムの相互に分離したサブシステムのセット
STR={STR1,…,STRq} 分散型事象離散システムのサブシステム間のストリームのセット
MOC={MOC1,…,MOCp} 分散型事象離散システムの分割を記述するサブシステムクラスタのセット
MOC_rec_i サブシステムクラスタMOCiがそこからストリーミングメッセージを受信する、少なくとも1つのサブシステムクラスタのセット
MOC_send_i サブシステムクラスタMOCiがそこにストリーミングメッセージを送信する、少なくとも1つのサブシステムクラスタのセット
MOT={MOT1,…,MOTp} 分散型事象離散システムのモデリングに使用できるメタオブジェクトタイプのセット
MOUCi={MOUC1,…,MOUCu}i 特定のメタオブジェクトタイプtypeiでモデリングされるサブシステム内のサブシステムのサブシステム使用クラスタ
MO●R メタオブジェクトタイプMO●の表現オブジェクト
D●={d1,…,do} メタオブジェクトタイプMO●の記述的特徴のセット
メタオブジェクトタイプMO●の外部状態ベクトル:Θex,i●at,l=((SSTj,j≠●,zj),…,(SSTk,k≠●,zk))lT
Πex,i●at=Ul Θex,i●at,l メタオブジェクトタイプMOT●に関連する外部事象による状態遷移をトリガするすべての外部状態ベクトルのセット
Δex,i●a メタオブジェクトタイプMOT●に関連する外部事象による状態遷移をトリガする前に満たされる必要がある条件のセット
Πin,i●at メタオブジェクトタイプMOT●に関連する内部事象による状態遷移をトリガする内部状態ベクトルのセット
Δin,i●a メタオブジェクトタイプMOT●に関連する内部事象による状態遷移をトリガする前に満たされる必要がある条件のセット
C=(con_ID1,…,con_IDn) コンテキストのセット
関数:
Φ 状態遷移関数
Φin 内部事象による状態遷移
Φex 外部事象による状態遷移
Ω 出力関数
τ 保持時間関数
オペレータおよびモデル:
S システムオペレータ
Σ=<X,Z,Y,Φin,Φex,Ω,τ> 分散型事象離散システムの状態モデル
P(x)=G[SS,STR](x) 分散型事象離散システムの構成分割の有向グラフ表現
Σi● 部分サブシステムTS●の静的データモデルで使用される第iの状態モデル
● 任意だが固定の要素のプレースホルダー
2 第2のライン
10 システム
11 センサー
11 コンベヤ
12 センサー
12 コンベヤ
12 モデリングエンジン
13 センサー
13 コンベヤ
14 サービスエンジン
16 仮想ツインエンジン
18 コンピュータ実装メタモデル
20 メタオブジェクトエンティティ
21 センサー
21 コンベヤ
22 センサー
22 コンベヤ
22 状態空間モデルエンティティ
23 センサー
23 コンベヤ
24 機能エンティティ
26 入力ベクトルエンティティ
28 コンテキストエンティティ
30 メタオブジェクトタイプ使用モジュール
32 状態空間モデル使用モジュール
34 機能使用モジュール
36 入力ベクトル使用モジュール
38 ツイン/ツイン使用モジュール
40 分割モジュール
42 ルーティングモジュール
44 使用クラスタモジュール
46 ソフトウェア構成モジュール
48 モジュール処理モジュール
50 モデリングエンジンインターフェース
52 サービスエンジンインターフェース
54 モデリング制御モジュール
56 データフロー処理モジュール
58 データフロー制御モジュール
60 メタストリーム入出力モジュール
62 状態ベクトル評価モジュール
64 メッセージ生成モジュール
66 条件ベクトル評価モジュール
68 エラー評価モジュール
70 エラー処理モジュール
72 変換モジュール
74 更新モジュール
Claims (21)
- 分散型事象離散システムをリアルタイムで制御するための仮想ツインエンジンを実行する方法であって、前記仮想ツインエンジンは、
メタモデルから、分散型事象離散システムの少なくとも1つのサブシステムをモデリングするための少なくとも1つの状態モデル(Σi●i∈{1,…,s})を参照するメタオブジェクトタイプ(MO●)を選択することによって、前記分散型事象離散システムの前記少なくとも1つのサブシステムのメタモデル表現を生成し、前記選択された少なくとも1つの状態モデル(Σi●i∈{1,…,s})における少なくとも1つの状態(zi●k)は、メタ記述ドメインにおける状態を特徴付けるメタ特徴のセット、検討される状態のターゲットを特徴付ける値の離散的または連続的な範囲を有するターゲット特徴のセット、および検討される状態の実際のコンステレーションを特徴付ける値の離散的または連続的な範囲を有する実際の特徴のセットに従って、異なるレベルのデータ抽象化を使用する部分状態のセット(zi●k,p)であるメタモデルで記述され、
前記分散型事象離散システムを、各々が同じメタモデル表現を有する前記分散型事象離散システムの少なくとも1つのサブシステムを含む少なくとも2つのサブシステムクラスタに分割し、
サブシステムクラスタ間でストリーミングメッセージを交換するためにルーティングトポロジを定義し、
前記分散型事象離散システムのサブシステムクラスタに割り当てられた少なくとも1つのサブシステムについて、少なくとも1つのサブシステム使用クラスタをモデリングし、
ソフトウェアライブラリから利用可能な実行可能ソフトウェアのパラメータ化を介して、前記サブシステムクラスタのすべてのサブシステム使用に関して、前記ルーティングトポロジおよび少なくとも1つのサブシステム使用モデルを実行するように、前記少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルを構成する
ことによって準備される少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルをインストールしており、
前記仮想ツインエンジンを実行する前記方法は、
前記少なくとも1つのサブシステム使用モデルをモデリングする関連するモデリングソフトウェアカーネルの実行を介して前記サブシステムクラスタに関して少なくとも1つのサブシステム使用モデルをリアルタイムで実行するステップと、
前記少なくとも1つのサブシステム使用モデルに関して少なくとも1つのデジタルツインを、前記分散型事象離散システムにおいて操作され、前記サブシステム使用モデルに一致する機能を有する関連プロセスオブジェクトに対する仮想対応物として動作させるステップとを含み、
前記少なくとも1つのデジタルツインを動作させる前記ステップは、前記少なくとも1つのデジタルツインの前記サブシステム使用モデルをモデリングする前記モデリングソフトウェアカーネルへのリアルタイムアクセスを介して受動的に実行される、
方法。 - 少なくとも1つの要素を仮想状態マシンに注入するステップを含み、前記要素は、
少なくとも1つのメタオブジェクトタイプ(MO●)を前記仮想ツインエンジンに反映するモデリング情報と、
前記仮想ツインエンジンへの前記メタオブジェクトタイプ(MO●)による少なくとも1つの状態モデル参照を含む状態モデルのセット(Σij)と、
前記仮想ツインエンジンに前記注入された少なくとも1つの状態モデルにおけるビューを表す少なくとも1つのパースペクティブと、
前記仮想ツインエンジンへの各状態モデルのメタデータ、ターゲットデータ、および実際のデータならびに関連する状態変数による異なるレベルのデータ抽象化と、
前記仮想ツインマシンへの外部および/または内部状態遷移を実装するソフトウェアコードと、
所定のメタモデルタイプを有する少なくとも1つのサブシステム使用クラスタと
を含むグループから選択される、
請求項1に記載の方法。 - サブシステム使用クラスタに関して少なくとも1つのデジタルツインを初期化するステップであって、前記少なくとも1つのデジタルツインは、対応する実世界のプロセスオブジェクトに対するデジタル対応物として機能する、ステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 少なくとも1つのデジタルツインを初期化する前記ステップは、前記分散型事象離散システムのリアルタイムのプロセス制御のために、前記仮想ツインエンジンの開始前、または前記仮想ツインエンジンの動作中に実行される、請求項3に記載の方法。
- 異なるレベルの抽象化に従って通信データを少なくとも制御データフローおよび/または使用データフローに分類することによって、前記デジタルツインエンジンとの間のデータ交換を制御するステップを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- デジタルツインの少なくとも1つの状態遷移について少なくとも1つのトリガ事象を表す少なくとも1つの状態ベクトルの評価によって、前記制御データフローを制御するステップを含む、請求項5に記載の方法。
- 関連する制御データを異なるサブシステムクラスタ間で交換するためのデジタルツインの状態遷移に関して少なくとも1つのメタストリームメッセージを生成することによって、前記制御データフローを制御するステップを含む、請求項5または6に記載の方法。
- 関連する遷移条件の評価のための前記少なくとも1つのデジタルツインの前記少なくとも1つの状態遷移に関連して、少なくとも実際の値および/または少なくとも1つの目標値を含む少なくとも1つの条件ベクトルを評価することによって、前記使用データフローを制御するステップを含む、請求項5から7のいずれか一項に記載の方法。
- 状態遷移前の初期状態を表すデータに少なくとも1つの変換関数を適用して、前記状態遷移後のターゲット状態を表すデータを生成するステップと、
前記状態遷移に関する少なくとも1つのコンテキスト情報を更新するステップと、
前記状態遷移を実行する前記デジタルツインの前記サブシステム使用クラスタの外部のサブシステム使用クラスタにおける少なくとも1つの状態モデルを更新するために少なくとも1つのメタストリームメッセージを生成するために状態遷移結果を処理するステップと
を含むグループから選択された少なくとも1つのステップを実行することによって、前記使用データフローを制御するステップを含む、請求項5から8のいずれか一項に記載の方法。 - 分散型事象離散システムをリアルタイムで制御するための仮想ツインエンジンであって、
メタモデルから、分散型事象離散システムの少なくとも1つのサブシステムをモデリングするための少なくとも1つの状態モデル(Σi●i∈{1,…,s})を参照するメタオブジェクトタイプ(MO●)を選択することによって、前記分散型事象離散システムの前記少なくとも1つのサブシステムのメタモデル表現を生成し、前記選択された少なくとも1つの状態モデル(Σi●i∈{1,…,s})における少なくとも1つの状態(zi●k)は、メタ記述ドメインにおける状態を特徴付けるメタ特徴のセット、検討される状態のターゲットを特徴付ける値の離散的または連続的な範囲を有するターゲット特徴のセット、および検討される状態の実際のコンステレーションを特徴付ける値の離散的または連続的な範囲を有する実際の特徴のセットに従って、異なるレベルのデータ抽象化を使用する部分状態のセット(zi●k,p)であるメタモデルで記述され、
前記分散型事象離散システムを、各々が同じメタモデル表現を有する前記分散型事象離散システムの少なくとも1つのサブシステムを含む少なくとも2つのサブシステムクラスタに分割し、
サブシステムクラスタ間でストリーミングメッセージを交換するためにルーティングトポロジを定義し、
前記分散型事象離散システムのサブシステムクラスタに割り当てられた少なくとも1つのサブシステムについて、少なくとも1つのサブシステム使用クラスタをモデリングし、
ソフトウェアライブラリから利用可能な実行可能ソフトウェアのパラメータ化を介して、前記サブシステムクラスタのすべてのサブシステム使用に関して、前記ルーティングトポロジおよび少なくとも1つのサブシステム使用モデルを実行するように、前記少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルを構成する
ことによって準備される少なくとも1つの実行可能なモデリングソフトウェアカーネルをインストールしており、
前記仮想ツインエンジンは、
前記少なくとも1つのサブシステム使用モデルをモデリングする関連するモデリングソフトウェアカーネルの実行を介して前記サブシステムクラスタに関して少なくとも1つのサブシステム使用モデルをリアルタイムで実行するように適合されたモデル処理モジュールを含み、
前記モデル処理モジュールは、前記少なくとも1つのサブシステム使用モデルに関して少なくとも1つのデジタルツインを、前記分散型事象離散システムにおいて操作され、前記サブシステム使用モデルに一致する機能を有する関連プロセスオブジェクトに対する仮想対応物として動作させるように適合され、
前記モデル処理モジュールは、前記少なくとも1つのデジタルツインの前記サブシステム使用モデルをモデリングする前記モデリングソフトウェアカーネルへのリアルタイムアクセスを介して前記少なくとも1つのデジタルツインを受動的に動作させるように適合される、
仮想ツインエンジン。 - 少なくとも1つの要素を仮想状態マシンに注入するように適合されたモデリングエンジンインターフェースを含み、前記要素は、
少なくとも1つのメタオブジェクトタイプ(MO●)を前記仮想ツインエンジンに反映するモデリング情報と、
前記仮想ツインエンジンへの前記メタオブジェクトタイプ(MO●)による少なくとも1つの状態モデル参照を含む状態モデルのセット(Σij)と、
前記仮想ツインエンジンに前記注入された少なくとも1つの状態モデルにおけるビューを表す少なくとも1つのパースペクティブと、
前記仮想ツインエンジンへの各状態モデルのメタデータ、ターゲットデータ、および実際のデータならびに関連する状態変数による異なるレベルのデータ抽象化と、
前記仮想ツインマシンへの外部および/または内部状態遷移を実装するソフトウェアコードと、
所定のメタモデルタイプを有する少なくとも1つのサブシステム使用クラスタと
を含むグループから選択される、
請求項10に記載の仮想ツインエンジン。 - サブシステム使用クラスタに関して少なくとも1つのデジタルツインを注入するように適合されたモデリング制御モジュールを含み、前記少なくとも1つのデジタルツインは、対応する実世界のプロセスオブジェクトに対するデジタル対応物として機能する、請求項10または11に記載の仮想ツインエンジン。
- モデリング制御モジュールは、前記デジタルツインエンジンの開始前、または前記仮想ツインエンジンの動作中にリアルタイムで、前記少なくとも1つのデジタルツインを初期化するように適合される、請求項12に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記仮想ツインエンジンに外部および/または内部状態遷移を実装するソフトウェアコードを注入するように適合されたサービスエンジンインターフェースを含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の仮想ツインエンジン。
- 異なるレベルの抽象化に従って通信データを少なくとも制御データフローおよび/または使用データフローに分類することによって、前記デジタルツインエンジンとの間のデータ交換を制御するように適合されるデータフロー制御モジュールを含む、請求項10から14のいずれか一項に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記データフロー制御モジュールは、デジタルツインの少なくとも1つの状態遷移の少なくとも1つのトリガ事象を表す少なくとも1つの状態ベクトルを評価するように、前記制御データフロー上で動作する状態ベクトル評価モジュールを制御するように適合される、請求項15に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記データフロー制御モジュールは、関連する制御データを異なるサブシステムクラスタ間で交換するためのデジタルツインの状態遷移に関して、少なくとも1つのメタストリームメッセージを生成するように、前記制御データフロー上で動作する状態ベクトル評価モジュールを制御するように適合される、請求項15または16に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記データフロー制御モジュールは、関連する遷移条件の評価のための前記少なくとも1つのデジタルツインの前記少なくとも1つの状態遷移に関連して、少なくとも実際の値および/または少なくとも1つの目標値を含む少なくとも1つの条件ベクトルを評価するように、前記使用データフロー上で動作する条件ベクトル評価モジュールを制御するように適合される、請求項15から17のいずれか一項に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記データフロー制御モジュールは、状態遷移前の初期状態を表すデータに少なくとも1つの変換関数を適用して、前記状態遷移後のターゲット状態を表すデータを生成するように、前記使用データフロー上で動作する変換モジュールを制御するように適合される、請求項15から18のいずれか一項に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記データフロー制御モジュールは、前記状態遷移に関する少なくとも1つのコンテキスト情報を更新するように、前記使用データフロー上で動作する更新モジュールを制御するように適合される、請求項15から19のいずれか一項に記載の仮想ツインエンジン。
- 前記データフロー制御モジュールは、前記状態遷移を実行する前記デジタルツインの前記サブシステム使用クラスタの外部のサブシステム使用クラスタにおける少なくとも1つの状態モデルを更新するために少なくとも1つのメタストリームメッセージを生成するように、前記制御データフロー上で動作するメッセージ生成モジュールを制御するように適合される、請求項15から20のいずれか一項に記載の仮想ツインエンジン。
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