系统工程与电子技术 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (12): 2779-2786.doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2020.12.14

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面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法

王鹏(), 杨妹*(), 祝建成(), 鞠儒生(), 李革()   

  1. 国防科技大学系统工程学院, 湖南 长沙 410073
  • 收稿日期:2020-02-27 出版日期:2020-12-01 发布日期:2020-11-27
  • 通讯作者: 杨妹 E-mail:wangpeng_nudt@nudt.edu.cn;yangmei@nudt.edu.cn;zhujiancheng@nudt.edu.cn;jrscy@sina.com;geli@nudt.edu.cn
  • 作者简介:王鹏(1989-),男,副教授,博士,主要研究方向为数字孪生、信息物理系统、分布式仿真。E-mail:wangpeng_nudt@nudt.edu.cn|祝建成(1984-),男,讲师,博士,主要研究方向为系统仿真、网络通信。E-mail:zhujiancheng@nudt.edu.cn|鞠儒生(1976-),男,副教授,硕士研究生导师,博士,主要研究方向为系统仿真。E-mail:jrscy@sina.com|李革(1967-),男,教授,硕士研究生导师,博士,主要研究方向为系统仿真。E-mail:geli@nudt.edu.cn
  • 基金资助:
    湖南省自然科学基金(2017JJ3371)

Dynamic data driven modeling and simulation method for digital twin

Peng WANG(), Mei YANG*(), Jiancheng ZHU(), Rusheng JU(), Ge LI()   

  1. College of Systems Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
  • Received:2020-02-27 Online:2020-12-01 Published:2020-11-27
  • Contact: Mei YANG E-mail:wangpeng_nudt@nudt.edu.cn;yangmei@nudt.edu.cn;zhujiancheng@nudt.edu.cn;jrscy@sina.com;geli@nudt.edu.cn

摘要:

信息物理系统(cyber-physical system, CPS)是支撑信息化和工业化深度融合的综合技术体系,传统的建模与仿真方法难以满足其应用需求。因此,提出面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法,通过随机有限集对CPS中的物理实体和传感器进行数据驱动建模,并使用基于贝叶斯推理的预测与校正过程支持数据驱动的仿真模型运行。该方法能够很好地实现数字孪生机制下虚实结合的仿真运行,并实现数据驱动的CPS仿真模型解算,通过以实利虚的方式有效提高了仿真结果的准确性和可信性。最后,通过水面舰艇作战应用案例,验证了该方法的可行性和有效性。

关键词: 信息物理系统, 动态数据驱动仿真, 随机有限集, 数字孪生

Abstract:

Cyber-physical system (CPS) is a comprehensive technical system that supports the deep integration of information and industrialization. The classical modeling and simulation method fail to satisfy the application requirements of the CPS. Therefore, a digital twin oriented dynamic data driven modeling and simulation method is proposed, and a random finite set (RFS) is used to build the data driven simulation model of physical entities and sensors of CPS. The Bayesian inference based prediction and update method is proposed to run the CPS model. The proposed method can implement the virtual and real combined simulation running for digital twin very well. It can also enable the data driven model running, and improve the accuracy and credibility of simulation results by using the data from the real space. Finally, the feasibility and validity of the proposed method is certified by using the operational application cases of the surface ships.

Key words: cyber-physical system (CPS), dynamic data driven simulation, random finite set (RFS), digital twin

中图分类号: