Разработка 3D модели многовыходного электромагнитного мехатронного модуля и Разработка программного обеспечения управления движением мехатронного модуля на основе его 3D модели

3.2 Структура цифрового двойника (подсистема визуализации)
В общем виде структуру можно рассмотреть, как состоящую из следующих уровней: кибер-физический уровень, уровень первичной обработки и хранения данных, распределенный уровень вычислений и хранения, уровень моделей и алгоритмов и уровень визуализации и пользовательских интерфейсов (Рис. 16).

Рис. 17 – Структура цифрового двойника
 
Безопасность цифрового двойника закладывается в проектирование – это один из самых важных аспектов стабильного функционирования информационной системы. Также необходимо учесть все возможные сценарии использования, обмена и моделирования визуальных данных.


3.3 Практическая реализация визуализации

Поскольку цифровой двойник является виртуальным объектом, который в перспективе отображает все перемещения в пространстве и свойства объекта физического, он имеет свойство менять положения объектов и элементов, которым заданы параметры передвижения. Это свойство достигается с помощью интеграции модулей управления мехатронным модулем в оболочку цифрового двойника.

Общая структура интеграции и взаимодействия в информационной системе строится на разработанной модели взаимодействия. В этой модели модуль визуализации управления делится на следующие второстепенные модули, которые являются связанной системой управления:

Сигналы из визуализированной панели управления. В этом модуле управления принимаются сигналы, обрабатываются и передаются для использования в механизме цифрового двойника. При наличии физического программируемого логического контроллера возможен ввод сигналов с него.
Механизм. Исполнительный механизм, в который встроен интегратор. Интегратор применяет обработанный сигнал для вычисления основных законов движения мехатронного модуля.

Обработчик. В этом модуле происходит решение задачи движения мехатронного модуля и моделей, которые связаны с ним.

Графическое представление. В этом модуле сигналы, обработанные при помощи предыдущих модулей, поступают для представления графиков. Пользователь может открыть нужный ему график.

Непосредственно в самой системе визуализации управления реализованы следующие возможности:

• 
  титульные строки информации;
  
• 
  представление кнопок на экране;
  
• 
  захват клавиш ввода клавиатуры;
  
• 
  окно визуализации управления в программном обеспечении.
  

Также в системе визуализации реализованы отчетные датчики о местоположении мехатронного модуля. Этот разрабатываемый элемент графически представляет датчики нескольких типов. Значения датчика могут меняться в некотором диапазоне. При создании каждого элемента типа «Датчик» указывается необходимое уникальное значение и имя элемента. У датчиков есть возможные минимальные и максимальные значения. Дополнительно указываются координаты датчиков в окне визуализации, их необходимые параметры.

Датчики являются визуализированным виртуальным представлением, которое показывает информацию об идеальном движении мехатронного модуля.

Окно датчиков входит в единую визуальную систему управления. Данное окно помогает оператору или пользователю визуальной системы управления принимать необходимые решения для управления мехатронным модулем.
 
Визуализация цифрового двойника мехатронного модуля представляет собой 3D-модель, которая содержит в себе несколько дата-элементов (STL-модели). Визуализация цифрового двойника представлена на Рис. 17.
Рис. 18 — Визуализация цифрового двойника
Реализация графика движения (визуализации координат модуля)
В графический модуль «График» является упрощенным вариантом стандартных блоков «Временной график» и «График Y от X» и применяется для наглядного представления значений сигналов и их изменений во времени. Элемент может работать в режиме графика и в режиме гистограммы.

Очень важное значение для пользователя информационной системы управления играют отчетные графики. Они позволяют наглядно увидеть движение мехатронного модуля и основные показатели его параметров. Реализация графика движения представлена на Рис. 18.

Рис. 19 – Графическое представление координат мехатронного модуля