[发明专利]复杂系统级数字孪生运行虚实一致性判定与交互方法

说明书

本发明涉及一种复杂系统级数字孪生运行虚实一致性判定与交互方法，包括以下步骤：描述复杂系统实体各项特征属性，基于虚拟空间四维模型，进行物理空间表征；面向虚实空间运行交互过程，提出虚拟空间和物理空间一致性判定方法；建立虚拟空间和物理空间在时域中的运行与交互机制，实现复杂系统级数字孪生应用。本发明有效描述了复杂系统物理空间与虚拟空间内的子空间，提出了基于动态运行的虚实一致性判定方法，并提出了虚实子空间之间的具体运行及其交互方法，为复杂系统运行过程的表征、分析与优化决策等提供依据，有利于提高复杂系统数字孪生体的精度，保障虚实空间的一致性、实时性，使复杂系统数字孪生体与现实联动一致，实现双向交互。

技术领域

本发明属于一种面向服务的典型复杂系统中数字孪生的应用技术领域，具体涉及一种复杂系统级数字孪生运行虚实一致性判定与交互方法。

背景技术

复杂系统是指内部具有复杂物理状态、网络拓扑属性和耦合依赖关系等特征的系统，具有非线性多约束、强动态关联、流程复杂、功能耦合关系复杂等特点。随着21世纪信息科学的飞速发展，传统的系统工程也蒸蒸日上，不断扩大其应用领域。包括：1、舰面保障系统：用于指挥和保障多型机群在舰面上执行各类保障作业的工程系统。已知舰面保障系统需要在投入海上大规模作战前完成一系列保障服务。同时，舰面保障服务涉及保障系统任务范围内人员、设备、环境全要素的调度安排，内含一系列作业群组关联，保障过程还需保证相应的保障可靠性、实时性、保障效率要求；2、工业互联网：面向各公司、企业的复杂制造服务，通过信息-物理系统完成制造过程信息流传递、个性化任务需求等。其需要完成基于数据的驱动、传输和动态演化，服务层、物理层、孪生层具有层级间、层级内耦合关系；3、数字战场：通过武器装备、人员、作战环境等组合，从开放式复杂系统角度对作分析、功能联合、数据传递，实现数字战场的信息交互，提高作战效能。可见，传统的简单系统级工程难以满足复杂系统日益增长的需求。

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性的技术，具有虚实融合、实时交互连接、迭代优化以及全流程数据驱动等特点，可以对物理实体提供数据分析、状态预测、仿真决策等功能，辅助物理设备进行行为优化和决策。其中虚拟空间是对物理空间的物理实体进行的映射，可将复杂物理系统信息化、抽象化，构建满足物理系统各项属性的数字孪生体，基于虚拟空间扩展物理实体在现实环境中的行为，为物理实体提供数据空间驱动的维修保障、故障趋势上的预测、信息的融合、辅助决策等功能。数字孪生体可面向复杂系统多维度、全系统、全要素、多属性，实现虚实联动一致与双向演化，完成复杂系统目标任务。

发明内容

为解决上述技术问题，基于数字孪生技术，本发明提供一种复杂系统级数字孪生运行虚实一致性判定与交互方法，有效描述了复杂系统级数字孪生体的内部构建与运行交互关系，明确了过程数据的流动，实现了对虚拟空间与物理空间交互过程中是否一致的定量判定。解决现有复杂系统孪生架构、内部系统运行流程不清晰、难以保证虚实联动一致等问题，实现复杂系统级保障要求。

本发明解决以上技术问题采取的技术方案为：

一种复杂系统级数字孪生运行虚实一致性判定方法与交互流程，包括以下步骤：

步骤1：描述复杂系统实体的各项特征属性，构建物理空间内的各项子空间：根据各项任务需求，自上而下分解为作业流程二级子系统、参与各项作业的要素实体，构建实体空间基于物联网技术与数采模块，对实体空间数据进行采集和提取，并对原始数据进行分类、映射、关联等操作，形成数据空间通过传感器、物理感知模块，感知实体空间的各要素实时状态，包括时序状态下要素的时间量、空间量、工作状态、负载状态等，建立状态空间描述物理空间内动作执行的全过程，包括接受辅助决策、实体空间状态约束判别、指令执行等，建立动作空间