一种基于事件网的建模方法、装置及电子设备与流程

1.本发明涉及建模仿真技术领域，具体涉及一种基于事件网的建模方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.随着工业技术的发展，物理系统架构下的实体装备组成越来越大型化、复杂化。为了能更便捷、更高效地进行管理，数字孪生技术应运而生。数字孪生技术可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
3.相关技术中，数字孪生的建模过程使用离散化的变量来仿真物理世界中实体装备之间状态的演化，即传统数字孪生技术只能对离散事件动态系统进行模拟仿真，如通过离散化的变量来模拟系统部件的好坏、忙闲或者待处理工件个数等可能的物理状况，局限性较大、智能化程度低。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有仿真建模方式智能化程度低的缺陷，从而提供一种基于事件网的建模方法、装置及电子设备。
5.根据第一方面，本发明实施例公开了一种基于事件网的建模方法，应用于建模仿真平台，包括：获取待仿真的物理系统类型、所述待仿真的物理系统类型对应的实体装备组成以及表征所述实体装备组成之间关联关系的关联数据；对所述实体装备组成进行映射操作，在所述建模仿真平台生成表征所述实体装备组成中每一个实体装备的库所；根据所述关联数据，将表征不同实体装备的库所节点进行有向关联，得到对应的虚拟系统模型；当所述待仿真的物理系统类型为离散事件动态系统，利用离散型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；当所述待仿真的物理系统类型为连续事件动态系统，利用连续型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；将获取到的所述待仿真的物理系统在物理世界中的触发事件以及在每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系存储到建模仿真平台，并与所述虚拟系统模型进行关联。
6.可选地，所述将获取到的所述待仿真的物理系统在物理世界中的触发事件以及在每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系函数存储到建模仿真平台，并与所述虚拟系统模型进行关联之后，所述方法还包括：当所述建模仿真平台识别到任一触发事件，根据每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系函数，调整不同库所对应的状态值。
7.可选地，所述方法还包括：将获取到的每一个触发事件以预设存储方式进行存储；根据获取到的触发机制响应触发事件发送操作。
8.可选地，所述方法还包括：当任一实体装备包含子结构，将每一个子结构进行映射操作，根据不同子结构之间的关联关系，生成次级虚拟系统模型；将所述次级虚拟系统模型与所述实体装备进行关联；当接收到对所述实体装备的选择操作，显示所述次级虚拟系统
模型。
9.根据第二方面，本发明实施例还公开了一种基于事件网的建模装置，应用于建模仿真平台，包括：获取模块，用于获取待仿真的物理系统类型、所述待仿真的物理系统类型对应的实体装备组成以及表征所述实体装备组成之间关联关系的关联数据；第一生成模块，用于对所述实体装备组成进行映射操作，在所述建模仿真平台生成表征所述实体装备组成中每一个实体装备的库所；第一关联模块，用于根据所述关联数据，将表征不同实体装备的库所节点进行有向关联，得到对应的虚拟系统模型；第一设置模块，用于当所述待仿真的物理系统类型为离散事件动态系统，利用离散型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；第二设置模块，用于当所述待仿真的物理系统类型为连续事件动态系统，利用连续型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；第一存储模块，用于将获取到的所述待仿真的物理系统在物理世界中的触发事件以及在每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系存储到建模仿真平台，并与所述虚拟系统模型进行关联。
10.可选地，所述装置还包括：调整模块，用于当所述建模仿真平台识别到任一触发事件，根据每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系函数，调整不同库所对应的状态值。
11.可选地，所述装置还包括：第二存储模块，用于将获取到的每一个触发事件以预设存储方式进行存储；发送模块，用于根据获取到的触发机制响应触发事件发送操作。
12.可选地，所述装置还包括：第二生成模块，用于当任一实体装备包含子结构，将每一个子结构进行映射操作，根据不同子结构之间的关联关系，生成次级虚拟系统模型；第二关联模块，用于将所述次级虚拟系统模型与所述实体装备进行关联；显示模块，用于当接收到对所述实体装备的选择操作，显示所述次级虚拟系统模型。
13.根据第三方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第一方面或第一方面任一可选实施方式所述的基于事件网的建模方法的步骤。
14.根据第四方面，本发明实施方式还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面任一可选实施方式所述的基于事件网的建模方法的步骤。
15.本发明技术方案，具有如下优点：本发明提供的基于事件网的建模方法/装置，通过获取待仿真的物理系统类型、待仿真的物理系统类型对应的实体装备组成以及表征实体装备组成之间关联关系的关联数据；对实体装备组成进行映射操作，在建模仿真平台生成表征实体装备组成中每一个实体装备的库所；根据关联数据，将表征不同实体装备的库所节点进行有向关联，得到对应的虚拟系统模型；当待仿真的物理系统类型为离散事件动态系统，利用离散型变量表征虚拟系统模型中不同库所的状态值；当待仿真的物理系统类型为连续事件动态系统，利用连续型变量表征虚拟系统模型中不同库所的状态值；将获取到的待仿真的物理系统在物理世界中的触发事件以及在每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系存储到建模仿真平台，并与虚拟系统模型进行关联。相比于现有技术中只能使用离散化变量进行建模仿真，本技术通过根据待仿真的物理系统类型，选取离散型变量和连续型变量进行建模，提高了
建模智能化程度，便于对任何类型的实体系统的建模。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例中基于事件网的建模方法的一个具体示例的流程图；图2为本发明实施例中基于事件网的建模方法的一个具体示例的示意图；图3为本发明实施例中基于事件网的建模装置的一个具体示例的原理框图；图4为本发明实施例中电子设备的一个具体示例图。
具体实施方式
18.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
22.本发明实施例公开了一种基于事件网的建模方法，应用于建模仿真平台，本技术实施例中该建模仿真平台为由事件驱动的事件网，在事件网中实现基于事件驱动的建模过程。本技术实施例中的事件网en ＝（p，e，t，a，f），其中p为库所（place）的集合，e为事件（event）的集合，t为变迁（transition ）的集合，a为有向弧（arc）的集合，f为发生权函数的集合。如图1、图2所示，该方法包括如下步骤：步骤101，获取待仿真的物理系统类型、所述待仿真的物理系统类型对应的实体装备组成以及表征所述实体装备组成之间关联关系的关联数据；示例性地，待仿真的物理系统模类型可以是离散事件动态系统，如处理工件的多个加工装备组成的离散型系统；也可以是连续事件动态系统，如根据流体力学或空气动力学构建的管道处理系统，或者是同时包含离散事件动态系统和连续事件动态系统，如铁矿石转变为铁水后炼钢的系统。本技术实施对待仿真的物理系统的类型不作限定。
23.对于用于炼钢的系统，其中用于存储铁矿石的场所、加工铁矿石的设备、盛放铁水的设备、处理铁水的设备以及放置钢材的场所等整个生产环节需要的场所或设备均可以称为待仿真的物理系统的实体装备，在整个炼钢过程，该场所或设备之间均存在关联关系，该关联关系可以包含加工生产环节不同物质在不同场所或设备之间的流转关系。
24.步骤102，对所述实体装备组成进行映射操作，在所述建模仿真平台生成表征所述实体装备组成中每一个实体装备的库所。
25.步骤103，根据所述关联数据，将表征不同实体装备的库所节点进行有向关联，得到对应的虚拟系统模型；示例性地，在建模仿真平台中对该待仿真的物理系统中的实体装备进行映射，用不同的库所变量（p）表征待仿真的物理系统中每一个实体装备。如图2所示，每一个库所变量p1、p2、p3分别对应待仿真的物理系统中的一个实体装备，根据实体装备组成之间的关联关系数据，通过对建模仿真平台中预设的关联模块进行拖、拉、拽等方式对库所进行有向关联，得到虚拟系统模型。
26.步骤104，当所述待仿真的物理系统类型为离散事件动态系统，利用离散型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；步骤105，当所述待仿真的物理系统类型为连续事件动态系统，利用连续型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；示例性地，根据获取到的待仿真的物理系统类型采用不同类型的变量表征库所的状态值。当待仿真的物理系统类型为离散事件动态系统，利用离散型变量表征虚拟系统模型中不同库所的状态值，如可以用离散值“1”表征炼钢系统中的实体装备处于开启状态，用离散值“2”表征炼钢系统中的实体装备处于关闭状态，用离散值“1000”吨表征库所中铁矿石的产量；当待仿真的物理系统类型为连续事件动态系统，利用连续型变量表征虚拟系统模型中不同库所的状态值，如可以用实数或连续性函数表达式的形式表征库所中的铁水量的变化，用于表征铁水量的实数或连续性函数表达式可以根据实际生产过程中历史铁水量的变化进行统计分析得到，并将统计得到的实数或连续性函数表达式存储至建模仿真平台，用于表征不同时刻、不同状态下铁水量的变化；当同时考虑到生成的铁水的流向的仿真，可以使用向量的形式在表征铁水量的同时对铁水的流向进行表达。本技术实施例中对于每一个库所的状态值用“token”标示，如对于存储铁矿石的场所，其“token”为1000吨。
27.步骤106，将获取到的所述待仿真的物理系统在物理世界中的触发事件以及在每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系存储到建模仿真平台，并与所述虚拟系统模型进行关联。
28.示例性地，不同的待仿真的物理系统，其状态的转变需要事件的触发，如对于从铁矿石转换为铁水的过程，需要对铁矿石进行高温、加热处理，温度达到设定的转变阈值时，铁矿石将转变为铁水，则触发事件即可为对铁矿石的加热温度达到设定的转变阈值，同理再由铁水转换成钢，同样需要时机达到一定标准，即可以将整个待仿真的物理系统所涉及到的所有触发事件以代码的形式编写到建模仿真平台中用于后续的仿真等操作。
29.本技术实施例中状态变化关系亦可称为发生权函数f，包括第一子函数（pre）、第二子函数（firing）和第三子函数（post），其中第一子函数（pre）表征触发事件发生的前提条件，该第一子函数存储了不同触发事件发生时各个库所需具备的token数，第二子函数
（firing）表征触发事件发生时token的变化过程，第三子函数（post）表征触发事件发生后对应的库所中的token数的变化情况，将每一个触发事件对应的发生权函数以代码的形式预先编写到建模方仿真平台，并可以根据实际仿真过程中的变化情况对三个子函数进行动态调整。
30.当任一触发事件执行，则不同库所的“token”值将发生改变，如当1000吨铁矿石中有500吨的铁矿石转化为100吨的铁水，则根据状态变化关系，将存储铁矿石库所的“token”值减小500吨，将存储铁水的设备对应的库所的“token”值增加100吨。将不同内的触发事件以及对应的状态变化关系存储到建模仿真平台，并与虚拟系统模型进行关联，当任一触发事件的产生将导致虚拟系统模型中的库所“token”值发生改变，实现对整个物理系统的仿真，仿真得到的结果可对物理系统中涉及到的生产、加工、采购等环节起到指导、预警等作用。
31.本发明实施例提供的基于事件网的建模方法，相比于现有技术中只能使用离散化变量进行建模仿真，本技术通过根据待仿真的物理系统类型，选取离散型变量和连续型变量进行建模，提高了建模智能化程度，便于对任何类型的实体系统的建模。
32.作为本发明一个可选实施方式，步骤106之后，该方法还包括：当所述建模仿真平台识别到任一触发事件，根据每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系函数，调整不同库所对应的状态值。
33.示例性地，触发事件的产生方式可以是预先存储的待仿真的物理系统的触发事件按照设定触发条件，依次响应触发操作；也可以是从实体世界中实时获取到的触发事件，将获取到的触发事件以及对应的发生权发生以代码的形式实时输入到建模仿真平台，并结合虚拟系统模型进行仿真。状态变化关系函数可以根据实际生产过程中状态量的变化情况进行统计分析得到，并将统计得到状态变化关系函数表达式存储至建模仿真平台，用于根据不同的触发事件调整不同库所对应的状态值。
34.作为本发明一个可选实施方式，该方法还包括：将获取到的每一个触发事件以预设存储方式进行存储；根据获取到的触发机制响应触发事件发送操作。
35.示例性地，如图2所示，触发事件（event）可以预先存储到建模仿真平台，每一个触发事件按照不同的存储形式对应的数据输出方式依次发送触发事件使得虚拟系统模型响应仿真模拟操作。本技术实施例中该预设存储方式包括红黑树和/hashmap等形式对触发事件进行管理，便于对触发事件的查找和插入等操作；也可以是在建模过程中预存事件入口，通过事件入口输入新产生的触发事件，该触发事件可以以数值或表达式等形式输入到模型中以供模拟仿真过程使用，例如在航运过程中突发台风、海盗等随机事件，由于这些事件无法预先获知并存储，可以通过触发事件入口进行实时添加。
36.作为本发明一个可选实施方式，该方法还包括：当任一实体装备包含子结构，将每一个子结构进行映射操作，根据不同子结构之间的关联关系，生成次级虚拟系统模型；将所述次级虚拟系统模型与所述实体装备进行关联；当接收到对所述实体装备的选择操作，显示所述次级虚拟系统模型。
37.示例性地，例如对于炼钢系统，在建模仿真平台的主建模界面建模得到的虚拟系统模型可以只包含铁矿石存储库所、铁矿石加工库所、铁水存储库所、铁水加工库所以及钢材存储库所，而对于铁矿石加工库所或铁水加工库所对应的物理世界还包含其他的加工设
备，则对于任一实体装备包含子结构的情况下，可以按照构建虚拟系统模型的方式，对任一实体装备包含的具有关联关系的子结构进行虚拟映射操作，生成次级虚拟系统模型。本技术实施例中为了便于用户查看，该次级虚拟系统模型在建模仿真平台的主建模界面不予显示，用户可以通过对主建模界面中的铁矿石加工库所或铁水加工库所节点进行点击等选择操作，触发显示次级虚拟系统模型，通过层级拓扑的显示方式可以更好地进行细节显示，建模结果更准确。
38.本技术实施例中，事件网是一个由place、transition、event 构成的静态网络，token是消耗物，在网络中流动，在transition中发生反应，从一个place转换到另外一个place，event是触发事件。事件网（event
‑
net ）的定义为：en ＝（p，e，t，a，f）为五元组的有向网，各符号含义如下：p为库所（place ）的集合；e为事件（event）的集合，指引起系统状态变化的行为，系统的动态过程是靠事件来驱动的，可以分为：必然事件和条件事件；t为变迁（transition ）的集合；a为有向弧（arc）的集合，其中，a
⊊
（(p ∪ e)
ꢀ×
t）∪（t
ꢀ×
(p ∪ e)）；f为发生权函数（firing function）的集合，发生函数，t是持续时间，t>=0。
39.其中，place、transition、event，构成了一个网络，event可以是定时触发、外部事件触发、token条件触发。当输入p1、p2中的token满足transition的前置条件，处于ready状态，event触发transition，实现持续时间t的转换并输出p3中的token，如此循环可完成网络中所有的transition。
40.如图2所示，对于每一个变迁（transition）发生所需要的前置条件包括：a、event hub 里包括针对变迁需要的event；b、变迁前缀有哪些库所（places）；c、库所里需要消费的token数目。
41.定义事件持续时间t，允许t=0，持续时间完成后，firing（发生）结束，发生结束后就会根据后置函数（post）计算产生相应的token，同时后置函数还可以产生一个或多个event放在在event hub中，生成的新的event+1，可作为下一个transition的event，如在铁水转为钢材的过程中，产生的热量可以为系统中的循环水加热，以实现循环水系统在加热状态下的工作状态模拟仿真。
42.本技术实施例中的事件网是基于事件驱动，相比于传统技术中基于消息驱动的建模仿真不同，事件驱动中每一个事件要包含的信息和内容比消息丰富，如事件本身可以写时间、发生内容等，可以定义不同类型的事件，如随机事件、人为扰动事件、定时事件等；且事件可以生成事件，以用于与该系统相关联的其他系统或子系统的模拟仿真，相比于传统建模仿真技术更高效、更智能，且当待仿真的物理系统规模较大时，可以基于统一时钟技术，对待仿真的物理系统进行拆分，进行分布式建模仿真，提高了建模仿真效率；同时事件网中定义了发生权函数（f）的集合，发生权函数由pre、fire、post组成，并采用信息素的方式记录了pre、firing、post中token变化关系，便于日后的预测和优化使
用。
43.本发明实施例还公开了一种基于事件网的建模装置，应用于建模仿真平台，如图3所示，该装置包括：获取模块301，用于获取待仿真的物理系统类型、所述待仿真的物理系统类型对应的实体装备组成以及表征所述实体装备组成之间关联关系的关联数据；第一生成模块302，用于对所述实体装备组成进行映射操作，在所述建模仿真平台生成表征所述实体装备组成中每一个实体装备的库所；第一关联模块303，用于根据所述关联数据，将表征不同实体装备的库所节点进行有向关联，得到对应的虚拟系统模型；第一设置模块304，用于当所述待仿真的物理系统类型为离散事件动态系统，利用离散型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；第二设置模块305，用于当所述待仿真的物理系统类型为连续事件动态系统，利用连续型变量表征所述虚拟系统模型中不同库所的状态值；第一存储模块306，用于将获取到的所述待仿真的物理系统在物理世界中的触发事件以及在每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系存储到建模仿真平台，并与所述虚拟系统模型进行关联。
44.作为本发明一个可选实施方式，该装置还包括：调整模块，用于当所述建模仿真平台识别到任一触发事件，根据每一个触发事件下不同实体装备之间的状态变化关系函数，调整不同库所对应的状态值。
45.作为本发明一个可选实施方式，该装置还包括：第二存储模块，用于将获取到的每一个触发事件以预设存储方式进行存储；发送模块，用于根据获取到的触发机制响应触发事件发送操作。
46.作为本发明一个可选实施方式，该装置还包括：第二生成模块，用于当任一实体装备包含子结构，将每一个子结构进行映射操作，根据不同子结构之间的关联关系，生成次级虚拟系统模型；第二关联模块，用于将所述次级虚拟系统模型与所述实体装备进行关联；显示模块，用于当接收到对所述实体装备的选择操作，显示所述次级虚拟系统模型。
47.本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，该电子设备可以包括处理器401和存储器402，其中处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
48.处理器401可以为中央处理器（central processing unit，cpu）。处理器401还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现场可编程门阵列（field
‑
programmable gate array，fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
49.存储器402作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于事件网的建模方法对应的程序指令/模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于事件网的建模方法。
50.存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器401所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器401。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
51.所述一个或者多个模块存储在所述存储器402中，当被所述处理器401执行时，执行如图1所示实施例中的基于事件网的建模方法。
52.上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
53.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read
‑
only memory，rom）、随机存储记忆体（random access memory，ram）、快闪存储器（flash memory）、硬盘（hard disk drive，缩写：hdd）或固态硬盘（solid
‑
state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
54.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。