14、工业4.0下网络物理生产系统协同仿真的切片方法

工业4.0下网络物理生产系统协同仿真的切片方法

1. 引言

工业4.0带来了新一代软件密集型的生产系统，这类网络物理生产系统（CPPS）由软件和硬件部分耦合而成，非常复杂，其工程设计和测试是复杂且耗时的任务。因为不能逐个组件进行验证，必须对整个交互组件的生态系统进行一次性测试，只有这种整体方法才能揭示由新兴行为模式引起的意外副作用。

将工业工厂及其自动化系统的测试和调试从现实世界转移到模拟环境，是“虚拟化”的一部分，也是工业4.0和未来工厂新兴领域的关键举措之一。每个工业系统都应配备虚拟副本（即数字孪生），用于模拟其行为、测试、优化和虚拟调试。

虽然模拟模型可以显著帮助检测CPPS设计及其控制算法中的薄弱点，但模拟的应用仍然有限。其中一个原因是它们在验证大型复杂系统的控制器方面适用性有限。由于要验证的常见要求之一是控制器的计算能力准备情况，因此必须使用受控系统的实时模拟。由于单个CPU的计算性能受技术限制，将整体模拟模型切片成一组并行运行的协同仿真，是实现大型系统基于模拟的验证方法的关键。

2. 相关工作

• 协同仿真技术 ：电力系统的协同仿真涉及两种通用标准化方法，即高级体系结构（HLA）和功能模拟单元接口（FMI）。HLA框架用于从子模型组合模拟，但它没有解决如何获取输入模拟数据和存储结果的问题，且缺乏语义。FMI是一种将模拟模块组合成模拟模型的技术解决方案，FMU被编译成可执行的平台独立代码，以ZIP文件形式存在，每个文件包含模拟单元及其C语言接口，还有XML模型描述注释单元接口。FMI的优点是能桥接不同的模拟语言和平台，保护知识产权，但它没有提供如何定义单元大小和接口的方法。 </