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实验室规模的龙门吊数字孪生示例

JoostMertensJoachimDenil

Cosys-LabFlandersMakeCosys-LabFlandersMake

UniversityofAntwerpUniversityofAntwerp

Antwerpen,BelgiumAntwerpen,Belgium

joost.mertens@uantwerpen.bejoachim.denil@uantwerpen.be

摘要—数字孪生的研究课题在过去十年中吸引了大量的关

注。然而，公开可用的示例仍然很少。为了促进开放和可重复的

科学研究，在这篇示例论文中，我们介绍了一个实验室规模的龙

本门吊及其数字孪生。该示例包括双系统中的物理部分和数字部

译分。物理部分由实际的龙门吊及其控制器组成。数字部分涵盖了

起重机的CAD模型和运动学模型，并提供了最优控制、历史数

中据记录、数据可视化及持续验证的服务。我们在之前的几篇出版

1物中将此设置作为用例进行了功能验证。它是公开可用的，仅依

v赖于其他免费且常用的软件，希望通过这种方式它可以用于未来

9

1关于数字孪生的研究或教育。

4IndexTerms—样本,数字孪生,开源,网络物理系统

3

1

.I.介绍

7

0数字孪生范式连接了实际系统与其由实际系统各

5图1.物理龙门起重机。

2部分模型及由此衍生的服务组成的数字副本。在运行过

:

v程中，数据从实际系统流向数字系统以支持孪生服务。

i鉴于数字孪生的行业相关性，教育是另一个可以从

x反过来，孪生服务改进实际系统的运作。虽然该范式既

r中受益的领域，详细描述的例子可以帮助教师解释和演

a适用于物理对象也适用于数字对象[1]，在实践中我们

示数字孪生的概念，并培训工程师具备在现实世界中搭

主要看到其应用于物理对象[2],[3]。

建此类系统的必要经验。

由于这种双向交互，展示研究成果需要相关的用

在本文中，我们介绍了一个公开可用的实验室规模

例。这样的研究成果可以是新的同步方法、更好的或更

龙门吊数字孪生示例。它受到了安特卫普港起重机的启

快的数据流、改进的服务等。本文中的示例如用于以下

发，这些起重机负责在停泊船只和码头之间搬运集装

数字孪生相关研究的演示：连续验证方法[4],[5]，故障

箱。它是一个典型的赛博物理系统，由以下部分组成：

检测方法[6]和DarTwin，一种系统演化的表示法[7]。

在我们的经验中，用例本身通常不包含新的研究，物理龙门起重机及其控制器。

但却需要研究人员付出大量的开发努力。在文献中找到起重机的数字孪生体包含CAD模型、数据记录服

现成的示例是罕见的，因为论文中的用例往往没有以可务、数据可视化、最优轨迹生成和持续验证。

重复的方式进行描述，设置起来成本高昂，或者由于包