Система и способ проверки системных требований кибер-физических систем

Изобретение относится к способу проверки системных требований кибер-физических систем в системном комплексе. Технический результат – повышение надежности и улучшенное выявление несогласованностей во время фазы реализации и эксплуатации кибер-физической системы. Способ включает, по меньшей мере, для данной кибер-физической системы формирование цифрового двойника, установление и сохранение системных требований, объединение по меньшей мере двух или многих цифровых двойников (200, 300, 400). Причем объединенные цифровые двойники в каждом случае попарно сообщаются между собой и, по меньшей мере частично, взаимно обмениваются своими системными требованиями, сравнивают сохраненные системные требования с полученными системными требованиями, согласуют свои системные требования на основе проведенного сравнения с полученными системными требованиями, и могут устанавливать их как новое системное требование, и передают свои вновь установленные системные требования другим цифровым двойникам. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к способу проверки системных требований кибер-физических систем в системном комплексе.

Разработка современных автоматизированных предприятий, например, таких как гибкие производственные модули в автомобильной промышленности, или во всяком любом другом промышленном оборудовании, основывается на концепции кибер-физических систем (по-английски: cyber-physical systems). Кибер-физической системой называется объединение информационных компонентов с использованием программного обеспечения с механическими и электронными элементами, которые сообщаются между собой посредством инфраструктуры данных, например, такой как беспроводная локальная сеть (WLAN), локальная вычислительная сеть (LAN) и/или интернет, и отличается высокой степенью сложности. Формирование кибер-физических систем производится объединением в сеть вводимых системных компонентов с помощью проводных или беспроводных сетей передачи данных. Кибер-физические системы охватывают широкой спектр возможных областей, в которых они могут быть применены. К ним относятся приборы и системы медико-технического назначения, логистические системы управления дорожным движением и транспортированием, сетевые системы обеспечения безопасности, а также системы интеллектуального содействия водителю в автомобильной области, промышленные производственные модули в изготовлении, системы проверки энергоснабжения, инфраструктурные системы для телекоммуникации, и т.д.

Для построения кибер-физических систем требуется объединение разнообразных компонентов на различных уровнях общей системы. Если назвать физические и электрические уровни, то существуют требования в плане сетевого планирования, кроме того, требуется интеграция сведений о событиях и потоков данных, кроме того, должны учитываться физико-процессуальные требования, и, кроме того, должны внедряться отдельные компоненты в иерархии управления (по-английски: control hierarchy).

Поэтому в отношении концепции и разработки (инжиниринга/ конструирования) промышленных предприятий нужно принимать во внимание многочисленные диапазоны задач, например, такие как вопросы электрооборудования, автоматизации, технологические аспекты и проблемы механики. При этом отчасти параллельно проводятся опытно-конструкторские работы, тогда как, с другой стороны, уже проводятся работы по сооружению. Как правило, для инжиниринга имеется общая основа, например, такая как концепция, требования, макетная схема размещения трубопроводов и инструментов, и многообразные взаимозависимости между операционными зонами. При этом сохранение качества, а также обоснованности и согласованности инжиниринговых решений во всех операционных зонах оказывается затруднительным самое позднее тогда, как только предпринимаются изменения общей базы, или когда принимаются специфические для конкретной задачи решения, которые оказывают влияние на другие области. Зачастую оказывается неясным ни то, кто должен быть информирован об этих решениях, ни то, какие изменения фактически существенны для других областей. Поэтому часто не принимается к сведению никакая информация о других областях или соответственных изменениях, поскольку они содержатся в многочисленных прочих информациях о незначительных изменениях, и эти информационные сообщения часто распределяются бесструктурно и без указаний на их значимость.

Но важные невыявленные изменения могут приводить к обширным проблемам в ходе реализации проекта. Однако часто такие изменения обнаруживаются лишь в фазе пуска в эксплуатацию вследствие возникновения проблем при интеграции различных операционных зон, и соответственно этому часто приводят к слишком высоким затратам и задержкам срока окончательного изготовления.

Как правило, бывает так, что проявляется стремление получать информацию о существенных изменениях как можно раньше. Правда, при этом также следует учитывать, что по возможности передаются только существенные фактически межсекторные изменения, чтобы поддерживать издержки для регистрации изменений для всего проекта на возможно низком уровне.

Кроме того, очень часто изменения возникают при проектировании и разработке промышленных предприятий, и зачастую их невозможно избежать вследствие сложности проектов. Окончательное принятие концепции (фиксация проектного решения Design Freeze) в пределах инжинирингового проектирования позволяет создать стабильную основу для проводимых работ при сооружении и последующей эксплуатации. Правда, в ходе развития проекта, такого как формирование промышленного предприятия, всегда возникают изменения уже в этой основе, которые затем соответственно должны быть распространены на различные операционные зоны.

Поэтому обычно необходимы также изменения после окончательного принятия концепции (фиксации проектного решения). Наряду с этим также при разработке концепции могут возникать ошибки, которые также оказывают влияние на структуру и качество инжинирингового решения.

Для этой постановки задачи в настоящее время имеются следующие подходы к решению: межзадачное взаимодействие в системной архитектуре обеспечивает принципиальную логическую и содержательную взаимосвязь между различными операционными зонами. Кроме того, требуется постоянный проверка концепции в пределах отдельных операционных зон, но также и в межзадачном режиме, чтобы достигать необходимого обеспечения качества.

Для этого применяются так называемые инжиниринговые инструменты, которые документируют изменения в инжиниринговом решении и при необходимости информируют проектировщиков о произошедших изменениях. Инжиниринговые инструменты представляют собой программные инструменты, которые используются при инжиниринге, например, для выбранного круга задач в области электрооборудования, автоматизации и приборного оснащения.

Правда, этим предусматривается, что имеется встроенный комплекс инструментов так, что области могут обмениваться всеми изменениями. Однако это в настоящее время неосуществимо для всех участвующих операционных зон, или же в проекте участвуют различные субподрядчики, которые опять же используют различные инжиниринговые инструменты. Поэтому сейчас можно исходить из того, что всеобщее объединение всех субподрядчиков и всех операционных зон недостижимо.

В принципе, также есть возможность путем тесного совместного действия всех рабочих областей передавать информацию о проектных и концептуальных решениях или изменениях среди специалистов для данных рабочих областей. Правда, влияния изменений на другие рабочие области, такие как изменение в отношении электрооборудования или механических средств, часто могут быть технически оценены лишь с трудом, и к тому же необходима значительная степень коммуникабельности между сотрудниками и специалистами в различных областях, что, как известно, не всегда имеет место.

Так называемые комиссии контроля изменений (советы управления изменениями) могут оценивать важность изменений. Комиссии контроля изменений обычно привлекают специалистов из различных областей деятельности, сообща обсуждают изменения и выносят решение о дальнейшем образе действий. Однако вследствие издержек обычно обсуждаются только явно обширные изменения. Внимание часто сосредоточивается также на изменениях, которые интересуют заказчиков проекта или представляют собой их требования, часто с целью снизить стоимость. Обсуждение всех изменений является дорогостоящим и едва ли возможно в таком формате.

Поэтому обеспечение качества на межсекторном уровне, а также логическая взаимосвязь и согласованность инжиниринговой концепции, а также изменения в инжиниринге во время фазы реализации, всегда все еще представляют собой большую проблему, в частности, когда несогласованности вследствие изменений выявляются только в фазе пуска в эксплуатацию. Поэтому сравнительно длительные во времени фазы пуска в эксплуатацию часто служат также для устранения несогласованностей и дефектов качества. При этом могут возникать дополнительные изменения, которые либо могут быть выявлены непосредственно на месте, либо потребуют других существенных технических решений.

Инжиниринговые решения могут быть разработаны на основе в высокой степени автономной и интеллектуальной системы. Основная идея здесь состоит в том, что эти кибер-физические системы объединяются для исполнения задачи в системном комплексе. Например, промышленное предприятие в качестве системного комплекса может быть спроектировано как автономная, интеллектуальная кибер-физическая система, например, такая как гибкие производственные модули, станции внутри производственной линии или машины, как это в общем принято в концепции «Индустрии 4.0». Сами гибкие производственные модули также могут представлять собой уже совокупность автономных, интеллектуальных систем, например, таких как моторы, ленточные конвейеры, механические руки и инструменты. При этом обсуждается применение «цифрового двойника» (Digital Twin), который имитирует состояние таких систем и обеспечивает возможность тем самым оценивать состояние системы, а также представлять цифровые эквиваленты этих кибер-физических систем.

Обычным при таком образе действий является разработка цифрового двойника для этой системы уже в фазе концепции, так как в этой фазе проектирования, как правило, еще не все системы присутствуют физически. Физическое сооружение установки начинается обычно лишь в конце фазы проектирования, при этом данный цифровой двойник тогда приписывается соответственно его физическому двойнику, и вовлекает его в общий жизненный цикл.

Правда, до сих пор отсутствует удовлетворительное решение относительно способа внедрения искусственного интеллекта, такого как применение цифрового двойника, уже в фазе планирования кибер-физических систем, чтобы выявить противоречивые или несогласованные системные требования, в частности, вследствие изменений базовой концепции. До сих пор оценка производится на основе фактической конфигурации и, соответственно, фактического состояния кибер-физической системы, и затем вносятся часто очень трудоемкие исправления.

Положенная в основу изобретения задача состоит теперь в представлении системы и способа проверки системных требований кибер-физических систем, которые отличаются высокой достоверностью и надежностью, и отличаются улучшенным планированием ресурсов и нагрузок, и тем самым оптимизацией в фазе планирования кибер-физических систем, но также обеспечивают возможность улучшенного выявления несогласованностей во время фазы реализации и эксплуатации кибер-физической системы.

Эта задача решается посредством способа с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения, а также посредством системы согласно пункту 8 формулы изобретения.

Дополнительные пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.

Согласно первому аспекту, изобретение относится к способу проверки системных требований кибер-физических систем в одном системном комплексе, включающему:

- формирование цифрового двойника по меньшей мере для данной кибер-физической системы;

- установление системных требований для каждой из кибер-физических систем;

- сохранение системных требований кибер-физических систем непосредственно и/или опосредованно в цифровых двойниках, которые в каждом случае предназначены для данной кибер-физической системы;

- объединение по меньшей мере двух или многих цифровых двойников;

- причем объединенные цифровые двойники в каждом случае попарно сообщаются между собой, и, по меньшей мере частично, взаимно обмениваются своими системными требованиями;

- причем цифровые двойники сравнивают сохраненные системные требования с полученными системными требованиями;

- причем цифровые двойники согласуют свои системные требования на основе проведенного сравнения с полученными системными требованиями, и могут устанавливать их как новое системное требование; и

- причем цифровые двойники передают свои вновь установленные системные требования другим цифровым двойникам.

В одном предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления цифровые двойники в каждом случае имеют инжиниринговый компонент, посредством которого проводится инжиниринг соответственной для них кибер-физической системы.

В дополнительном варианте исполнения формируется цифровой двойник для системного комплекса из кибер-физической системы, и цифровые двойники кибер-физических систем объединяются с цифровым двойником для системного комплекса.

Цифровой двойник, в соответственной которому кибер-физической системе возникает изменение, преимущественно передает это изменение другим связанным с ним двойникам, и эти двойники сравнивают измененное системное требование с имеющимися до сих пор системными требованиями.

В дополнительном варианте исполнения каждое изменение системного требования снабжается идентификационной меткой.

Цифровые двойники преимущественно сообщаются с другими цифровыми двойниками посредством интерфейса связи.

В дополнительном варианте исполнения первоначальные системные требования запоминаются цифровым двойником, и при удалении одного цифрового двойника оставшиеся цифровые двойники могут возвращаться к их первоначальным системным требованиям.

Согласно второму аспекту, изобретение относится к системе проверки системных требований кибер-физических систем в системном комплексе; причем для данной кибер-физической системы предусматривается цифровой двойник, и системные требования устанавливаются для каждой из кибер-физических систем; причем формируется данный цифровой двойник, который предназначен для данной кибер-физической системы, системные требования кибер-физической системы сохраняются непосредственно и/или опосредованно; причем формируются по меньшей мере два или более цифровых двойников, связываются друг с другом, и в каждом случае попарно сообщаются между собой, и, по меньшей мере частично, взаимно обмениваются своими системными требованиями; причем формируются цифровые двойники, которые сравнивают сохраненные системные требования с полученными системными требованиями, и на основе проведенного сравнения согласуют свои системные требования с полученными системными требованиями, и могут устанавливать их как новое системное требование; и причем цифровые двойники сформированы так, что передают свои вновь установленные системные требования другим цифровым двойникам.

В одном предпочтительном варианте исполнения цифровые двойники в каждом случае имеют инжиниринговый компонент, посредством которого может проводиться инжиниринг соотнесенной кибер-физической системы.

В дополнительном варианте исполнения предусматривается один цифровой двойник для системного комплекса из кибер-физической системы, и цифровые двойники кибер-физических систем связываются с цифровым двойником для системного комплекса.

Для системного комплекса кибер-физической системы благоприятным образом предусматривается цифровой двойник, и цифровые двойники кибер-физической системы связываются с цифровым двойником для системного комплекса.

В дополнительном варианте исполнения цифровой двойник, в соответственной которому кибер-физической системе возникает изменение системного требования, формируется так, что он передает это изменение другим связанным с ним двойникам, и эти двойники формируются так, что сравнивают измененное системное требование с имеющимися до сих пор системными требованиями.

Каждое изменение системного требования предпочтительно снабжается идентификационной меткой.

В одном предпочтительном дополнительном варианте исполнения цифровые двойники имеют интерфейс связи для сообщения с другими цифровыми двойниками.

Первоначальные системные требования преимущественно сохраняются цифровыми двойниками, и при удалении одного цифрового двойника из системного комплекса оставшиеся цифровые двойники могут возвращаться к их первоначальным системным требованиям.

Согласно третьему аспекту, изобретение относится к компьютерному программному продукту, который содержит один и/или многие исполняемые компьютерные коды для исполнения способа согласно одному или многим из пунктов 1-7 формулы изобретения.

Далее изобретение подробнее разъясняется с помощью представленных в чертеже примеров осуществления.

При этом показано:

Фигура 1 представляет обзорное изображение для разъяснения соответствующей изобретению системы;

Фигура 2 представляет блок-схему для разъяснения подробностей одного варианта исполнения соответствующей изобретению системы;

Фигура 3 представляет блок-схему для разъяснения подробностей дополнительного варианта исполнения соответствующей изобретению системы;

Фигура 4 представляет блок-схему для разъяснения подробностей дополнительного варианта исполнения соответствующей изобретению системы;

Фигура 5 представляет блок-схему последовательности операций для разъяснения способа согласно изобретению;

Фигура 6 представляет схематическое изображение компьютерного программного продукта согласно изобретению.

Дополнительные признаки, аспекты и преимущества изобретения или примеров его осуществления будут очевидными из подробного описания в сочетании с пунктами формулы изобретения.

Фиг. 1 показывает систему 100 с тремя цифровыми двойниками 200. 300. 400. Каждый из цифровых двойников 200, 300, 400 представляет цифровое зеркальное изображение кибер-физической системы 220, 320, 320, и прежде всего применяется для использования имитационных моделей для оптимизации процесса работы данной кибер-физической системы 220, 320, 420, такой как промышленное предприятие.

Кроме того, каждый цифровой двойник 200, 300, 400 предпочтительно содержит инжиниринговый компонент 250, 350, 450, который может быть применен для инжиниринга кибер-физической системы 220, 320, 420 и объединения многочисленных кибер-физических систем 220, 320, 420 в системный комплекс. Этот инжиниринговый компонент содержит все инжиниринговые данные, которые относятся к кибер-физической системе, в том числе документацию, чтобы кибер-физическая система могла использоваться в инжиниринговом решении, таком как системный комплекс, например, производственная установка. Если кибер-физическая система встраивается в системный комплекс, то тогда кибер-физическая система предоставляет в распоряжение свои интерфейсы, например, типа электрических подключений, трубопроводных патрубков, и т.д., а также документацию для них. Тогда в одном кибер-физическом системном комплексе могут быть объединены различные кибер-физические системы с взаимным использованием интерфейсов.

При этом предпочтительно применяются инжиниринговые инструменты. Тем самым все информационные данные через кибер-физическую систему 220, 320, 420 могут быть сохранены в данном цифровом двойнике 200, 300, 400 и сведены в пакет. В частности, могут быть точно документированы как требования кибер-физической системы 220, 320, 420 к ее окружению и, соответственно, с краевыми условиями для использования системы 220, 320, 420, так и установленные характеристики. Такие требования к окружению или характеристики могут содержать условия окружающей среды, например, такие как температурный диапазон, в пределах которого кибер-физическая система 220, 320, 420 работает надежно. Другой пример представляет сейсмостойкость кибер-физической системы 220, 320, 420. Наряду с этим важное значение имеют технические требования, например, такие как уровень электрического напряжения, необходимые спецификации электрических и механических присоединений, например, такие как подключаемые трубопроводы, применение установленные форматов данных для передачи данных, взаимозависимости с другими кибер-физическими системами 220, 320, 420 в системном комплексе (например, системе 220, 320, 420 требуется знание температуры окружающей среды от внешнего температурного датчика).

Документирование этих системных требований производится посредством машиночитаемого языка. Например, оно может быть выражено следующим образом:

Минимальная температура=4°С

Максимальная температура=30°С

Формат данных=ASCII

Для такого документирования требуется общее установление кодовых слов и диапазона их значений, например, использованием онтологии.

В Фиг. 2 из трех цифровых двойников 200, 300, 400 двойник 200 связан с фактически уже существующей кибер-физической системой 220. Этот цифровой двойник 200 может принимать решения относительно кибер-физической системы 220. Поскольку он находится в соединении с другими цифровыми двойниками 300, 400, решение также принимается по договоренности с обоими другими двойниками 300, 400.

Согласно настоящему изобретению, в результате сообщения цифровых двойников 200, 300, 400 между собой обеспечивается возможность взаимной поддержки при разработке по сути последовательной конструкции установки, а также при оценке значимости изменений в пределах кибер-физической системы 220 и их влияний на сопряженные кибер-физические системы 320, 420.

Коммуникация цифровых двойников 200, 300, 400 между собой может осуществляться, например, через изначально установленные совместные интерфейсы, которые, с одной стороны, позволяют запрашивать изменения кибер-физической системы 220, 320, 420, и, с другой стороны, передавать требования и их суммарное значение через расширение на другие цифровые двойники 200, 300, 400. Далее представлен один пример:

Считывание требования (<наименование требования>)

Распределение требования (<тождественность распределения>, <наименование требования>, <значение требования>)

Этот способ также может быть использован при изменениях требований. В частности, принятие инжинирингового решения рассматривается уже как следствие изменений. Тогда в случае более позднего изменения инжинирингового решения основополагающий способ коммуникации цифровых двойников 200, 300, 400 между собой остается неизменным.

В дополнительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения предусматривается, что в инжиниринговых инструментах цифровые двойники 200, 300, 400 связываются друг с другом сообразно конкретным областям. Каждая операционная зона может устанавливать в цифровом двойнике 200, 300, 400 предназначенные для него в каждом случае системные требования. С системными требованиями могут быть связаны инжиниринговые области и/или компетенции. В одном варианте применения программного обеспечения тогда для инжиниринговых областей и/или компетенций могут быть предусмотрены специалисты, которые должны быть информированы в случае несогласованности. Этим обеспечивается то, что компетентные специалисты будут целенаправленно извещены о несогласованностях.

Эти проверки выполняются посредством связывания цифровых двойников 200, 300, 400 между собой. При этом цифровые двойники 200, 300, 400 взаимно проверяют свои требования, которые сохранены в инжиниринговом компоненте 250, 350, 450. Так, цифровой двойник 200 может запрашивать связанные с ним цифровые двойники 300, 400 в каждом случае относительно их требований, и сравнивать эти требования со своими собственными требованиями, и/или сообщать эти требования другим цифровым двойникам 300, 400. Если один из других цифровых двойников 300, 400 имеет более ограниченные требования, тогда цифровой двойник 200 предпочтительно так согласует свои требования, что они становятся совпадающими с требованиями других цифровых двойников 300, 400, и передает эти новые согласованные требования на другие цифровые двойники 300, 400. Если требования самого цифрового двойника 200 являются ограниченными, то он передает свои собственные требования для коррекции на связанные в каждом случае цифровые двойники 300, 400. При этом также возможно, что коррекция производится только с частью цифровых двойников 300, 400.

Например, для кибер-физической системы 220 может предусматриваться температурный диапазон 0-50°С, в котором эта система 220 должна быть работоспособной, тогда как для кибер-физической системы 320 установлен температурный диапазон 10-20°С. Тогда системный комплекс из обеих кибер-физических систем 220, 320 мог бы действовать в температурном диапазоне 10-20°С. Кибер-физической системе 220 соответствует цифровой двойник 200, тогда как кибер-физическая система 320 воспроизводится цифровым двойником 300. Тем самым цифровой двойник 200 уравнивает свой температурный диапазон с цифровым двойником 300. При этом устанавливается, что общий температурный диапазон составляет величину между 0-20°С, который тогда соответственно делается нормативом или, соответственно, стандартным системным требованием, так как в этом температурном диапазоне может действовать как кибер-физическая система 220, так и кибер-физическая система 320. После установления нового температурного диапазона цифровой двойник 200 передает это измененное требование всем связанным цифровым двойникам 300, 400, которые, в свою очередь, проверяют это системное требование и используют далее.

Поскольку в пределах одного системного комплекса кибер-физические системы 220, 320, 420 часто тесно объединены между собой в сеть, и поэтому изменение одного системного требования для кибер-физической системы 220 также может затрагивать другие кибер-физические системы 320, 420, в одном варианте исполнения предусматривается документирование изменений и связывание способом тикетирования, чтобы предотвратить то, что изменения будут обрабатываться многократно. Каждое изменение системного требования кибер-физической системы 220, 320, 420 снабжается данным цифровым двойником 200, 300, 400 однозначной идентификационной меткой, например, как в Глобальном уникальном идентификаторе. Как только измененное требование было передано в первый раз, то оно получает принадлежащую ему однозначную идентификационную метку.

Если, например, для кибер-физической системы 220 происходит изменение, то цифровой двойник 200 придает идентификатор и передает идентификационную метку изменения вместе с сообщением об изменении данным другим цифровым двойникам 300, 400. Если теперь такое сообщение об изменении принимается одним цифровым двойником 300, 400, то сначала проверяется посредством базы данных, с которой цифровые двойники 300, 400 могут централизованно связываться, или локально запоминается в случае цифровых двойников 200, 300, идет ли речь о новом запросе, или же этот запрос уже был обработан. Во втором случае запрос уже больше не обрабатывается, в первом же случае цифровые двойники 300, 400 сравнивают изменение с их требованиями и передают результаты на цифровой двойник 200. Может оказаться достаточным, когда база данных имеет сведения только о последних запросах, чтобы тем самым сократить потребность в памяти. Однако это зависит от типа и структуры кибер-физической системы 220, 320, 420, и может быть соответственно согласовано.

Если цифровой двойник 200 в результате проверки выявляет несогласованность для технологической концепции или, соответственно, части концепции кибер-физической системы 220 с другими цифровыми двойниками 300, 400, тогда задачей цифрового двойника 200 является проверка требований технологической концепции, и при необходимости информирование о несогласованности вследствие произведенных изменений технологической концепции. Несогласованности возникают тогда, когда системные требования могут оказываться не соответствующими друг другу, и тем самым возникают противоречия. Например, если системный комплекс работал до сих пор в диапазоне низкого напряжения, то если дополнительная кибер-физическая система присоединяется в диапазоне высокого напряжения, то возникает противоречие, которое должно быть разрешено.

Это может совершаться информированием ответственного инженера-разработчика посредством текстового сообщения или также цветовой маркировки несогласованностей в инжиниринговой концепции, например, как в проектной электрической схеме, в диаграммах автоматизации или в общей схеме размещения компонентов. Такие несоответствия и несогласованности, как правило, могут быть разрешены только с помощью соответствующих специалистов. Это также может быть сделано и в более поздний момент времени, причем несогласованности частично устраняются также дополнительным изменениями.

Чтобы целесообразно ограничить распределение изменений на все связанные цифровые двойники 200, 300, 400, могут быть статически установлены или динамически рассчитаны предельные значения для передачи изменений. Так, например, может быть установлено, что колебание температуры на 5 градусов не представляет собой изменение, и поэтому дополнительное информирование цифровых двойников 200, 300, 400 не должно выполняться. Или же может быть установлено, что дополнительное распределение изменений должно проводиться только тогда, когда изменение превышает заданное предельное значение.

Как только кибер-физические системы 220, 320, 420 фактически интегрируются в системный комплекс, генерированные данные также могут быть соотнесены с цифровыми двойниками 200, 300, 400. Так, например, температурные датчики могут передавать свои фактически измеренные значения на цифровые двойники 200, 300, 400. Эти измеренные величины тогда сравниваются с системными требованиями. При превышении предельных значений это может приводить к срабатыванию предупреждений или соответствующих сигналов тревоги. Кроме того, с помощью фактически генерированных данных могут проверяться принятые системные требования.

В одном системном комплексе могут существовать различные предельные значения для измеренного параметра. Например, может быть целесообразным установление общего температурного диапазона для всех кибер-физических систем 220, 320, 420 в одном производственном цеху. Однако если системный комплекс распространяется, например, на многие производственные цеха, тогда может быть целесообразным устанавливать другой температурный диапазон для каждого отдельного производственного цеха, так как один цех, в отличие от остальных цехов, мог бы быть с кондиционированием воздуха. Дополнительным примером являются установки электропередачи, поскольку здесь часть установки электропередачи должна быть защищена от влияний окружающей среды, тогда как, напротив, для другой части это не требуется.

Также возможно, что многие системные комплексы опять же объединены с образованием блока более высокого порядка, причем каждый системный комплекс имеет свои собственные требования. Эти требования теперь опять же выравниваются на уровень блока более высокого порядка, или внутри установленной части системных комплексов. Поэтому в пределах настоящего изобретения возможны различные организационные принципы, как объединяются между собой кибер-физические системы и как взаимодействуют друг с другом. Так, системы и, соответственно, их цифровые двойники 200, 300, 400, могут составлять установленные группы и/или классы, которые затем уравниваются относительно установленных выбранных или всех требований только внутри этой группы и/или класса. Будут ли эти группы и/или классы передавать системные требования на другие двойники N, зависит от того, были ли связаны ли эти двойники N с цифровыми двойниками 200, 300, 400, и принадлежали ли к тем же группе/классу в отношении системных требований.

Например, система 220 и, соответственно, ее цифровой двойник 200 в отношении требований к температуре окружающей среды могут принадлежать к группе А, которая содержит все системы, которые размещены в цеху А. Напротив, одна и та же система 220 и, соответственно, ее цифровой двойник 200 принадлежат другой группе В, требованием которой является «низкое напряжение». В отношении требования к температуре окружающей среды изменения согласуются только с системами в группе А, относительно требований уровня напряжения, напротив, со всеми системами в группе В.

Принадлежность систем к группе может быть осуществлена посредством субструктур в пределах системного комплекса. Или же возможно, что системы в отношении предварительно заданных условий принадлежат к различным группами или классам посредством инжинирингового инструмента.

Чтобы все измененные предпосылки были более надежно распределены во всем системном комплексе, имеются по меньшей мере две возможности осуществления:

Как представлено в Фиг. 3, может быть предусмотрен дополнительный цифровой двойник 500 для системного комплекса 520, состоящего из кибер-физических систем 220, 320, 420. Цифровой двойник 500 также может быть выполнен как центральная база данных. Цифровой двойник 500 содержит требования системного комплекса 520. В рамках инжинирингового проекта также возможно, что сначала устанавливаются требования на системном комплексе 520, и затем в ходе развития проекта задается, какие и в каком числе другие кибер-физические системы 220, 320, 420 должны быть интегрированы в системный комплекс 520. Цифровой двойник 500 может быть использован для управления системным комплексом 520, и служит для встраивания присоединяемых кибер-физических систем 320, 420, 520. В частности, цифровой двойник 500 может идентифицировать конфликты при интеграции кибер-физических систем 220, 320, 420 с одним из центральных требований.

При каждом введении цифрового двойника 200, 300, 400 в системный комплекс 520 цифровой двойник 500 системного комплекса 520 должен информироваться, причем такое информирование может производиться также автоматически при подключении цифрового двойника 200, 300, 400 к цифровому двойнику 500 системного комплекса 520. Кроме того, согласно настоящему изобретению, информируются все дополнительные, уже связанные с цифровым двойником 500 системного комплекса цифровые двойники 200, 300, 400, чтобы выявить возможные несогласованности.

Так, может оказаться, что цифровой двойник 200 исполняет условие выбранного температурного диапазона системного комплекса 520, тогда как это требование не исполняется цифровыми двойниками 300, 400.

В уже показанном в Фиг. 1 примере осуществления изобретения речь идет о полностью автономно действующих цифровых двойниках 200, 300, 400, так как один цифровой двойник для системного комплекса, состоящего из кибер-физических систем 220, 320, 420, не предусматривается. В этом варианте каждый цифровой двойник 200, 300, 400 имеет по возможности обширную картину условий системного комплекса, поскольку каждый цифровой двойник 200, 300, 400 из всех до сих пор запрошенных требований выводит и запоминает требования системного комплекса.

Например, в случае сейсмостойкости системный комплекс был бы сейсмостойким до тех пор, пока не была присоединена несейсмостойкая кибер-физическая система 400. В случае температурного диапазона, температурный диапазон системного комплекса составлял бы пересечение множеств температурных диапазонов всех кибер-физических систем 200, 300, 400 в системном комплексе.

Как представлено в Фиг. 4, в случае нового соединения нового цифрового двойника 600 с уже имеющимися цифровыми двойниками 200, 300, 400 все непосредственно и опосредованно связанные цифровые двойники 200, 300, 400 уравниваются между собой. Результат такого уравнивания тем самым представляет собой пересечение множеств системных требований системного комплекса, состоящего из кибер-физических систем 220, 320, 420, 620.

Посредством прикладного программного обеспечения, которое может быть инсталлировано в центральное регулирующее устройство, установленные системные требования могут быть проанализированы и представлены в графическом виде. Например, для температурного диапазона может быть проведен анализ, который показывает ту систему, которая пригодна только для ограниченного температурного диапазона. На основе этой информации тогда могут быть сделаны согласования данных кибер-физических систем, или могут быть предприняты адаптации в отношении окружающей среды, такие как кондиционирование воздуха.

Кроме того, является предпочтительным проведение регулярной проверки системного комплекса 500 с помощью цифровых двойников 200, 300, 400, чтобы, например, выявлять возможные отказы в системном комплексе 500 или обусловленные износом изменения.

Кроме того, может быть предусмотрено опять удаление одного или многих цифровых двойников 200, 300, 400, например, цифрового двойника 200. Тогда другие оставшиеся цифровые двойники 300, 400 возвращаются опять к своим предыдущим системным требованиям, которые были действительны до объединения с одним или более теперь удаленным цифровым двойником 200. Это значит, что один из цифровых двойников 200, 300, 400, хотя и согласует свои системные требования при объединении с другими цифровыми двойниками 200, 300, 400, но его собственные первоначальные системные требования практически сохраняются. Для ситуации, что удаляется цифровой двойник 200, тогда опять оказываются действительными первоначальные системные требования, чтобы устанавливать системные требования для нового системного комплекса без этого цифрового двойника 200. При удалении цифрового двойника 200 другие оставшиеся двойники 300, 400 оповещаются, например, сообщением об аннулировании посредством соответствующих протоколов обмена.

Когда удаляется один цифровой двойник 200, например, системным оператором, оставшиеся цифровые двойники 300, 400 проводят обновленное уравнивание, и проверяют имеющиеся до тех пор системные требования, могут ли они сохраняться прежними, или же требуется изменение.

Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций в соответствующем изобретению способе для проверки системных требований кибер-физических систем 220, 320, 420.

В стадии S10 формируется цифровой двойник 200, 300, 400 для данной в каждом случае кибер-физической системы 220, 320, 420.

В стадии S20 устанавливаются системные требования для каждой из кибер-физических систем 220, 320, 420.

В стадии S30 непосредственно и/или опосредованно сохраняются системные требования кибер-физической системы 220, 320, 420 в цифровом двойнике 200, 300, 400, который в каждом случае предназначен для данной кибер-физической системы.

В стадии S40 по меньшей мере два или многие цифровые двойники 200, 300, 400 объединяются между собой.

В стадии S50 объединенные друг с другом цифровые двойники 200, 300, 400 в каждом случае попарно сообщаются между собой, и, по меньшей мере частично, взаимно обмениваются своими системными требованиями.

В стадии S60 цифровые двойники 200, 300, 400 сравнивают сохраненные в них системные требования с полученными системными требованиями.

В стадии S70 цифровые двойники 200, 300, 400 согласуют свои системные требования на основе проведенного сравнения с полученными системными требованиями, и могут устанавливать их как новое системное требование.

В стадии S80 цифровые двойники 200, 300, 400 передают свои вновь установленные системные требования другим цифровым двойникам 200, 300, 400.

Фиг. 6 схематически представляет компьютерный программный продукт 900, который содержит один и/или многие исполняемые компьютерные коды 950 для исполнения способа согласно первому аспекту изобретения.

Согласно настоящему изобретению, обоснованность и согласованность инжинирингового решения при изменениях важных системных требований на основе предварительно установленных или динамически изменяемых значений непрерывно обеспечивается уравниванием связанных между собой цифровых двойников 200, 300, 400. Условием является формирование цифрового двойника 200, 300, 400 для каждой кибер-физической системы 220, 320, 420, в котором устанавливаются требования для каждой кибер-физической системы 220, 320, 420.

Выбор системных требований, которые считаются важными, предпочтительно производится в межсистемной взаимосвязи. При этом могут быть установлены как пересекающиеся, так и специфические для данной области системные требования.

Посредством настоящего изобретения непрерывно проверяются существенные требования технологической концепции для системного комплекса, состоящего из многочисленных кибер-физических систем 220, 320, 420, и в любой момент могут быть показаны четко различимыми. К тому же могут быть сделаны сразу же видимыми влияния изменений одной кибер-физической системы на другие кибер-физические системы 220, 320, 420, благодаря чему при сложных системных комплексах могут экономиться время и затраты.

1. Способ проверки системных требований кибер-физических систем (220, 320, 420) в системном комплексе (550), включающий:

- формирование (S10) цифрового двойника (200, 300, 400), по меньшей мере, для соответственно одной кибер-физической системы (220, 320, 420);

- установление (S20) системных требований для каждой из кибер-физических систем (220, 320, 420);

- сохранение (S30) системных требований кибер-физических систем (220, 320, 420) непосредственно и/или опосредованно в тех цифровых двойниках (200, 300, 400), которые соответственно соотнесены с кибер-физической системой (220, 320, 420);

- объединение (S40) по меньшей мере двух или более цифровых двойников (200, 300, 400);

- причем объединенные цифровые двойники (200, 300, 400) в каждом случае попарно сообщаются между собой и, по меньшей мере частично, взаимно обмениваются (S50) своими системными требованиями;

- причем цифровые двойники (200, 300, 400) сравнивают (S60) сохраненные системные требования с полученными системными требованиями;

- причем цифровые двойники (200, 300, 400) согласуют свои системные требования на основе проведенного сравнения с полученными системными требованиями и могут устанавливать (S70) их как новое системное требование; и

- причем цифровые двойники (200, 300, 400) передают свои вновь установленные системные требования другим цифровым двойникам (200, 300, 400).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цифровые двойники (200, 300, 400) в каждом случае имеют инжиниринговый компонент (250, 350, 450), посредством которого проводится инжиниринг соотнесенной кибер-физической системы (220, 320, 420).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что цифровой двойник (500) формируется для системного комплекса (500) из кибер-физических систем (220, 320, 420), и цифровые двойники (200, 300, 400) кибер-физических систем (220, 320, 420) связываются с цифровым двойником (500) для системного комплекса (550).

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цифровой двойник (200), в соотнесенной кибер-физической системе (220) которого возникает изменение системного требования, передает это изменение другим связанным с ним двойникам (300, 400), и эти цифровые двойники (300, 400) сравнивают измененное системное требование с имеющимися до сих пор системными требованиями.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что каждое изменение системного требования снабжается идентификационной меткой.

6. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цифровые двойники (200, 300, 400) в каждом случае сообщаются с другими цифровыми двойниками (200, 300, 400) посредством интерфейса связи.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первоначальные системные требования сохраняются цифровым двойником (200, 300, 400), и при удалении одного цифрового двойника (200) из системного комплекса (550) оставшиеся цифровые двойники (300, 400) могут возвращаться к их первоначальным системным требованиям.

8. Системный комплекс (550) для проверки системных требований, содержащий кибер-физические системы (220, 320, 420), в котором с каждой кибер-физической системой (220, 320, 420), для которой установлены соответствующие системные требования, соотнесен цифровой двойник (200, 300, 400), и цифровые двойники (200, 300, 400) сформированы таким образом, что системные требования соответствующей кибер-физической системы (220, 320, 420) могут сохраняться непосредственно и/или опосредованно, по меньшей мере два или более цифровых двойников (200, 300, 400) выполнены с возможностью связываться друг с другом и в каждом случае попарно сообщаться между собой, и, по меньшей мере частично, взаимно обмениваться своими системными требованиями, при этом сохраненные системные требования сравниваются с полученными системными требованиями, причем упомянутые по меньшей мере два или более цифровых двойников (200, 300, 400) выполнены с возможностью согласовывать на основе проведенного сравнения свои системные требования с полученными системными требованиями и устанавливать их как новое системное требование, причем упомянутые вновь установленные системные требования передаются соответственно другим цифровым двойникам (200, 300, 400).

9. Системный комплекс (550) по п. 8, отличающийся тем, что цифровые двойники (200, 300, 400) в каждом случае имеют инжиниринговый компонент (250, 350, 450), посредством которого может осуществляться инжиниринг соотнесенной кибер-физической системы (220, 320, 420).

10. Системный комплекс (550) по п. 8 или 9, отличающийся тем, что цифровой двойник (500) предусмотрен для системного комплекса (550), и цифровые двойники (200, 300, 400) кибер-физических систем (220, 320, 420) связываются с цифровым двойником (500) для системного комплекса (550).

11. Системный комплекс (550) по любому из пп. 8-10, отличающийся тем, что цифровой двойник (200), в соотнесенной кибер-физической системе (220) которого возникает изменение системного требования, выполнен для передачи этого изменения другим связанным с ним двойникам (300, 400), и эти двойники (300, 400) выполнены для сравнения измененного системного требования с имеющимися до сих пор системными требованиями.

12. Системный комплекс (550) по п. 11, отличающийся тем, что каждое изменение системного требования снабжается идентификационной меткой.

13. Системный комплекс (550) по любому из пп. 8-11, отличающийся тем, что цифровые двойники (200, 300, 400) имеют интерфейс связи для сообщения с другими цифровыми двойниками (200, 300, 400).

14. Системный комплекс (550) по любому из пп. 8-12, отличающийся тем, что первоначальные системные требования сохраняются цифровыми двойниками (200, 300, 400), и при удалении одного цифрового двойника (200) из системного комплекса (550) оставшиеся цифровые двойники (300, 400) могут возвращаться к их первоначальным системным требованиям.

15. Машиночитаемый носитель данных (900), который содержит один и/или несколько исполняемых компьютерных кодов (950) для осуществления способа по любому из пп. 1-7.