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1、任任务务一一 设设置物模型的派生属性置物模型的派生属性 项项目目四四 构建构建进阶进阶工工业设备业设备数字数字孪孪生模型生模型工业数字孪生建模与应用赋能万物 连接未来项项目引入目引入在项目三中，我们主要完成了基于设备本身的点表属性及网关可采集到的数据，完成单台工业设备的数字孪生建模，实现数据的双向流通。而为了更好地 挖掘数字孪生技术的价值，我们还可以基于原生属性 的数据，设计和计算得到更多与设备能效、业务指标 相关的属性，如设备的开机率、作业率等，我们称其 为“派生属性”。与此同时，真实的工业现场中不论是设备的复杂 性还是产线的复杂性，都远远超过我们的想象，仅仅 只是单设备的数字孪生建模显然无
2、法高效满足更复杂 的业务需要。作为一名数字孪生建模工程师，为了更贴近和满足实际的 工业设备及现场的需求，请你思考：可否构建多台设备的数 字孪生体？如何构建并 设置物模型的属性、报 警等业务指标？赋能万物 连接未来项项目引入目引入【知【知识识目目标标】了解生产节拍的定义；了解常见的工业设备管理指标；了解复合物模型的属性计算函数；熟悉常见的工业设备派生属性及其作用；熟悉复合物模型的概念和主要应用场景；熟悉复合物模型的属性和报警。赋能万物 连接未来【技能目【技能目标标】能根据业务需求，添加物模型的派生属性；能创建复合物模型并注册对应的物实例；能更新发布复合物模型并验证。任任务说务说明明01CONTE
3、NT赋能万物 连接未来任任务说务说明明赋能万物 连接未来在项目三的学习中我们了解到，属性主要用来描述设备状态，在配置物模型属 性时，除了可直接采集到的设备点表数据外，我们还可以利用工业互联网平台，配 置基于原生属性的派生属性，如根据设备作业信号灯的亮灯时长计算，派生出设备 的作业率。本任务要求学习了解常见的设备派生属性及其含义，并在项目三创建的工业机器人物模型中基于提供的派生属性模板，添加派生属性，完成物模型更新发布。知知识识准准备备02CONTENT赋能万物 连接未来知知识识准准备备派生属性的概念派生属性的概念原生属性派生属性赋能万物 连接未来基于物模型属性值来源的区别，我们将需要利用规则表
4、达式，对原生属性进行处理运算才 能得到的衍生属性称为“派生属性”，一般适用于偏业务指标的属性，如开机率、作业率等。派生属性的数据值需要对从设备直接采集到得数据进行计算加工才能得到。处理运算知知识识准准备备数字孪生技术的价值一方面在于透明化设备实时工况，另一方面的核心价值在于基于设备 工况衍生的业务数据指导业务决策，派生属性在其中发挥了很大的作用，下面我们以项目二创 建的模拟工业机器人设备及其点表为例，列举出一些常见的工业设备派生属性，供大家更好的 理解。常常见见的派生属性的派生属性设备工作业时停机时 作状态长长作业率利用率开机率总产量生产节 拍赋能万物 连接未来知知识识准准备备赋能万物 连接未
5、来常常见见的派生属的派生属性性-（1）设设备备工作工作状状态态设备工作状态是由采集到的设备自身的状态信号来衍生定义的设备当前的工作状态，本 书定义了停机、待机、作业和故障4种设备工作状态。在在实实际际的的工工业业现现场场，可可以以根根据据业业务务需需求求 重新定重新定义设备义设备工作状工作状态态或衍生出更多或衍生出更多设备设备工作状工作状态态。工业机器人设备点表中包含急停状态信号、马达信号、开关机信号三类设备自身的信号数据，本书定义的几个设备工作状态的派生属性计算逻辑如下：当开关机信号为0，设备工作状态为【停机】，返回值：0。当急停信号为1，设备工作状态为【故障】，返回值：1。当开关机信号为1
6、且马达信号为0，设备工作状态为【待机】，返回值：2。当开关机信号为1且马达信号为1，设备工作状态为【作业】，返回值：3。知知识识准准备备常常见见的派生属的派生属性性-（2）作）作业业时长时长汇总统计设备工作状态为“作业”的持续时长，也就是系统返回值为3的持续时长，单位为小时。“作业时长”这个派生属性是基于“设备工作状态”这个派生属性计算得到，可见，派生属性可以计算处理物模型中已配置的所有属性，从而得到的一个新的属性。作作业时长业时长开关机信号开关机信号马马达信号达信号=1=1返回值=3赋能万物 连接未来汇总统计设备工作状态 返回值为3的持续时长知知识识准准备备汇总统计设备工作状态返回值为0的持
7、续时长，单位为小时。常常见见的派生属的派生属性性-（3）停停机机时长时长停机停机时长时长开关机信号开关机信号=0返回值=0赋能万物 连接未来汇总统计设备工作状态返回值为0的持续时长知知识识准准备备设备作业率=设备作业时长/设备开机时长，这这个派生属性同个派生属性同样样是基于另外的派生属性是基于另外的派生属性计计算得算得到到。常常见见的派生属的派生属性性-（4）作作业业率率设备设备作作业业率率设备作业率=设备作业时长/设备开机时长=设备设备作作业时长业时长赋能万物 连接未来设备设备开机开机时长时长知知识识准准备备设备利用率=设备作业时长/硬件设备累计的启动时长，这么与作业率稍作区别，以设备启动为
8、 基准，囊括作作业业、待机、待机等状态，计算设备整体的利用率。常常见见的派生属的派生属性性-（5）利利用用率率设备设备利用率利用率=设备设备作作业时长业时长赋能万物 连接未来硬件硬件设备设备累累计计的启的启动时长动时长知知识识准准备备设备开机率=设备开机时长/硬件设备累计的启动时长。需要与利用率区分。常常见见的派生属的派生属性性-（6）开）开机机率率设备设备利用率利用率=设备设备开机开机时长时长赋能万物 连接未来硬件硬件设备设备累累计计的启的启动时长动时长知知识识准准备备赋能万物 连接未来常常见见的派生属的派生属性性-（7）总总产产量量真实的生产现场会有代表产量的属性值可进行运算，一般会使用到
9、电流或者 电压变化，或者其他综合数据的变化进行计算判断。在在模模拟拟设设备备中中，我们参考马 达信号（作业信号），将作业信号以0-1-0变化一次作为生产一件，统计变化次数 记为总产量。模模拟拟硬件硬件举举例：例：如果监测到如下信号变化，则生产多少件？0-1-0-1-0-1-0-1-0-1-0-1-0-1-0-1-0总产量为：8件知知识识准准备备赋能万物 连接未来常常见见的派生属的派生属性性-（8）生生产产节节拍拍生产节拍也叫节拍时间，是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间， 它可以反应生产能力的大小。换句话说，生产节拍即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常用于定义
10、 一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的 间隔时间。生产节拍对生产的作用首先体现在对生产的调节控制，通过节拍和生产周期的比较分析，在市场稳定的情况下，可以明确需要改进的环节，从而采取针对性的措施进行调整。生产节拍的另一个作用是能够有 效防止生产过剩造成的浪费和生产过迟造成的分段供应不连续问题，并确定工序间的标准手持品数量。生 产节拍的使用将会使生产现场的作业规律化，达到生产活动的稳定，实现定置管理，并作为现场生产效率 改善的依据。与总产量类型，我们也在模拟设备中参考作业信号，将作业信号以0-1-0变化一次的时长平均值记为 生产节拍。知知识识
11、准准备备1. calDeviceStatus(A,B,C)填入A（开关机类）、B（故障类）、C（作业类）三个参数，会依次计算A=0、B=1、A=1且C=0、A=1且C=1四种结果，固定得到停机、故障、待机、作业4个设备工作状态，因此要求A填入开关机信号，B填入故障信号，C填入作业信号。派生属性的派生属性的计计算函数算函数A=0停机停机A=1待机待机B=1故障故障C=0A=1作作业业C=1赋能万物 连接未来知知识识准准备备拓展：如果X为设备工作 状态，填入值为2，可以 得到待机时长。填入值为1，可以得到故障时长。 填入值为0，可以得到停 机时长。派生属性的派生属性的计计算函数算函数2. calE
12、lapsedTime(X,value)填入参数X，会计算X=value的累计时长，单位：小时。例如：填入的X为“设备工作状态”，填入的value为“3”，可得到设备工作状态为3的累计时长，即作业时长。赋能万物 连接未来知知识识准准备备3. calRunningRatio(X)填入参数X，会计算X除以硬件设备启动的累计时长。例如：填入X为“作业时长”， 可得到“作业时长/硬件设备启动的累计时长”的值，即利用率。填入X为“开机时长”， 可得到“开机时长/硬件设备启动的累计时长”的值，即开机率。拓展：如果填入X为“ 开机时长” ， 可 得到“开机时长/硬 件设备启动的累计 时长” 的值， 即开 机率
13、。赋能万物 连接未来派生属性的派生属性的计计算函数算函数知知识识准准备备4）calWorkingRatio(A,B)填入参数A，会计算A除以B的比率。例如：填入A为“作业时长”，B为“开机时长”， 可得到“作业时长/开机时长”的值，即作业率。注意，作业率也可以用“/”操作符来 计算，分子选择“作业时长”属性，分母选择“开机时长”属性，即可计算得出。派生属性的派生属性的计计算函数算函数赋能万物 连接未来知知识识准准备备5）countsignal(X)：填入参数X，会统计X的值发生0-1-0变化的次数。例如：填入X为“作业信号”时， 可得到作业信号为0-1-0的累计变化次数，即总产量。说明：左图中
14、“马 达信号”即“作业 信号”，属性值填 入1 ， 计算总产量。赋能万物 连接未来派生属性的派生属性的计计算函数算函数知知识识准准备备6）calProductionCycle（X）：填入参数X，会统计X为“1”的累计时长平均值。例如：填入X为“作业信号”时， 可得到作业信号为1的时长平均值，即生产节拍。派生属性的派生属性的计计算函数算函数赋能万物 连接未来任任务实务实施施03CONTENT赋能万物 连接未来任任务实务实施施1.为为物模型添加派生属性物模型添加派生属性操作步操作步骤骤1：从树根教育平台的任一课程卡片，进入“工业数字孪生建模”的物模型列表界面，选 择查看项目三任务一创建的“工业机器
15、人模型01-姓名”的模型信息页。赋能万物 连接未来任任务实务实施施1.为为物模型添加派生属性物模型添加派生属性操作步操作步骤骤2：在模型信息页，单击“修改模型”按钮，使模型处于编辑状态。赋能万物 连接未来任任务实务实施施1.为为物模型添加派生属性物模型添加派生属性操作步操作步骤骤3：在模型编辑状态下，选择“属性”，单击“添加属性”按钮。赋能万物 连接未来赋能万物 连接未来任任务实务实施施1.为为物模型添加派生属性物模型添加派生属性操操作作步步骤骤4：在弹出来的对话框中，参考表4-1-1，填 写自定义派生属性的基本信息及属性值定义，完成后 单击“确定”按钮保存。【说明】基于系统内置模板创建的物模
16、型，已内置部分对应设备的派生属性及其处理规则。派生 属性需要利用规则表达式进行运算处理得到，因此属性值来源应选为“规则指定”，需真正理解函数的 运算逻辑选择正确的函数及要用到的原生属性。可以在属性标签中添加“派生属性”标签。任任务实务实施施赋能万物 连接未来属性名称属性名称属性属性ID数据数据类类型型读读写写操作操作 设设置置属性属性值值来来 源源使用函数及属性使用函数及属性值值小数小数 点位点位历历史数据史数据 保存方式保存方式工程工程 单单位位停机停机时长时长down_timeNumber只读规则指定函数：calElapsedTime(statusSignal,value)属性：设备工作状态 属性值：0保留2位全部保存 h利用率利用率utilizatio n_ratioNumber只读规则 指定函数：calRunningRatio(runningTime) 属性：作业时长保留2位全部保存 %生生产节产节拍拍producti on_cycleNumber只读规则 指定函数：calProductionCycle(operationSignal) 属性：马达信号属性值：1保留2位全部保存
