2023自动化系统与集成 工业数据 数字孪生的可视化元素

自动化系统与集成工业数据数字孪生的可视化元素II目 次前言 III引言 IV1范围 5规性用件 5术、义缩语 54动机 6数孪可化 7数字生核技术 7数字生可化素 7数字生视的细素 86用例 97增现（AR）信物理统（CPS）的别 13附录A（资性）字生可化际准析 14可视表达 14数字生数架构 14技术势告 14信息理统 14混合实增现实 16附录B（料）度度量 17概述 17空间量——辨率 17时间量——17参考献 1955自动化系统与集成工业数据数字孪生的可视化元素范围本文件没有规范性引用文件。下列术语和定义适用于本文件。3.1.1管理壳administrationshell有形资产和物联网世界之间的桥梁。3.1.2 asset经济资源或有价值的东西。3.1.3替身avatar物理资产的数字复制品。3.1.4数字孪生digitaltwin由物理资产、替身和接口组成的复合模型。3.1.5保真度fidelity用原件复制副本的精确程度。3.1.6详细程度levelofdetail3D模型3.1.7物理资产physicalasset现实世界中存在的资产。3.1.8精确度accuracy测量偏差及其分布。注：精确度包括真实性（测量结果与真实值的接近程度）和精密度（测量的重复性或再现性）。663.1.9现实reality所有真实的或存在的，而不是想象中的事物的总和或集合。3.1.10实时性realtime确保在规定的时间约束内做出响应。注：通常被称为“截止日期”。3.1.11形状shape对象的外边界、轮廓或外表面等外形属性，而不是颜色、纹理或材料类型等其他属性。3.1.12STEP模型STEPmodel根据ISO10303描述的产品模型。注：ISO10303已经有部分标准转化为国家标准GB/T16565。3.1.13可视化visualization通过创建图像、图表或动画来传达信息的技术。缩略语下列术语和定义适用于本文件。AI人工智能（artificialintelligence）AR增强现实（augmentedreality）CAD计算机辅助设计（computeraideddesign）CAE计算机辅助工程（computeraidedengineering）CG计算机绘图（computergraphics）CPS（cyberphysicalsystem）DPI（dotsperinch）DTw（digitaltwin）LoD（levelofdetail）MAR混合与增强现实（mixedandaugmentedreality）MR混合现实（mixedreality）O&M运行和维护（operationandmaintenance）P&ID管道及仪表流程图（pipingandinstrumentationdiagram）RPM每分钟转数（revolutionsperminute）VR（virtualreality）XR扩展现实（extendedreality）动机（1（）77数字孪生物理资产用户交互 用户输入数字孪生物理资产向用户提供的信息传感器数据

运行数据分析结果保真度

分辨率延迟保真度度量

LoD接口（数据流）

控制参数

对物理资产的控制对替身的控制替身 静态模仿真用户交互

形状 型纹理颜色外形线框实体模表面模点云视觉属性纹理颜色外形线框实体模表面模点云视觉属性科学可视化动画用户输入向用户提供的信息图1数字孪生可视化术语分类概述传感器连接到运行设备的传感器可以将设备状态（如位置、温度、压力、振动、RPM）近实时发送给用户。数据近实时采集的传感器数据是连续生成的。其结果可能是收集设备运行状态信息的大数据。执行器集成2STEP（ISO10303）ISO10303A注：ISO10303已经有部分标准转化为国家标准GB/T16565。88工业工业4.0数字孪生可视化传感器数据物联网数字模型物理资产仿真运行大数据实时性行为XR,VR,AR,MR预测维护数据分析监控图2数字孪生的关键词之间的示例关系3D3DCADLoD1表1基于详细程度（LoD）的电厂设备模型分类LoD类型描述示例（阀门）1符号级模型（基本设计阶段，发送给设备制造商）P&ID电厂CAD型（）992生产模型（电厂的生产设计阶段）（2D3D型）（LoD5）3移交模型（根据扫描数据重建的模型）根据要求有不同的LoD4扫描模型（电厂施工期间或之后）扫描获得的点云模型加材料5有关设备制造的详细模型（供应商）模型（）型CG领域的现有技术，并将CG技术作为数字孪生的可视化元素。CAD（）（用例3风力发电系统是由A本产品的认可。1010数字孪生数字孪生接口物理资产替身图3A风力发电系统数字孪生用例状态控制来源：某造船企业—大数据—运行记录—实效模式与影响分析—有限元分析—CAD模型替身（虚拟世界）实时接口物理资产（现实世界）图4海上电厂与核心技术的数字孪生智能制造的数字孪生也出现在作为第四次工业革命引领者的德国工业4.0项目中。管理壳的概念如图5所示。通过将现实世界的物理设备（资产）转换成替身，管理壳可以实现数字孪生。1111工业工业4.0组件工业4.0参考架构模型工业4.0通信 架构层 来源：某电子电气行业协会和工业4.0平台资产现实集成通信资产例如:机器信息功能数字世界管理壳业务图5工厂数字化管理壳6图6智慧城市的概念A（A12123333412图解1 自动重建研究结果2 原始商业卫星图像映射程序（1）3 原始商业卫星图像映射程序（2）4 原始商业卫星图像映射程序（3）

图7A校园的自动重建图88CADCADCAD保真度，保真度，LoD（详细程度） 制成品 设计模型点云图8用于验证设计模型和成品的激光扫描点云1313（AR）（CPS）ARARARARARARARARARAR更加ARDTwCPS（DTw是CPS（DTw1414

附录A（资料性）数字孪生可视化国际标准分析GB/T16656.46—2010中描述的展示数据与产品数据相结合，并在系统之间交换。展示数据的示例包括：展示样式、遮挡和不可见性、标记、字体、填充样式、阴影、渲染、不可见性、颜色。《ISO/TC184DTwMichaelGrievesMichaelGrieves（）ISO/TC184B（NASA）JohnVickers在2002MichaelGrieves在2003GrievesNASAA.1c）真实空间真实空间虚拟空间数据信息 过程图A.1信息镜像模型《ISO/IECJTC1ISO/TC184GrievesDTw（Wikipedia、Deloitte、SAP、IBMSIEMENS）DTwHelenGill在2006A.21515物理世界物理世界 环境 通信 控制逻辑 网络世界网络世界中的虚线元素是物理世界中真实元素的模型图解组件从属关系传感器执行者数据流图A.2典型CPS图A.3（1616网络世界网络孪生数字主线物联网物理世界物理资产BehradBagheriJayLee.（2015年923日）[10]。网络物理制造系统的伟大未来。设计世界。https://\h/big-future-for-cyber-physical-manufacturing-systems/图A.3网络物理制造系统图A.4显示了MAR（混合现实和增强现实）的两个组件，即真实根和虚拟根。假设根真实根假设根虚拟根声音触摸传感器只是感知一些真实世界的数据摄像机传感器系统端对MAR内容一无所知触摸行为可见性/声音VO实时视频采集标记跟踪器现场BGVO视点VORO仅考虑MAR不考虑系统端假设的R/VRootTG由系统自动初始化图A.4基于标记的3D对象增强内容展示场景，以利用推荐的MAR组件进行视频透视显示1717附录B（资料性）保真度度量概述8HIFI（）WiFi（DPI（B.1TV四倍高清四倍高清全高清高清标准定义图B.1视频文件分辨率网格数量以及数字模型的网格尺寸与模型的可视化有关。此外，点云的密度决定了表示相应物理资产的精细程度。就网络延迟而言，这可以通过请求从发送器传输到接收器以及接收器处理该请求所需的时间来定义。也就是从浏览器到服务器的往返时间[11]。——延迟决定了管道中的内容从客户端传输到服务器并从服务器返回