本发明属于数字孪生，具体涉及一种基于数字孪生的监控方法及装置。
背景技术：
1、随着技术的不断进步，制造车间内硬件设备的数量和类型均有大幅的增加，生产业务也愈发复杂。管理层往往需要根据制造车间的现场作业情况，合理调整生产计划和资源配置，以提高车间中各个设备的生产效率。因而，对制造车间中各类设备及生产业务进程的实时监测成为了智能制造的研究热点。
2、如专利cn103208054a给出了一种离散车间生产过程在制品库存精细化监控方法及系统，通过采用标签技术、信息采集装置、信息交互设备、在制品库存信息采集和管理系统、系统集成接口等对车间生产过程各个环节的在制品流转信息进行实时、准确采集，并将数据信息传递给在制品库存信息管理中心进行处理，当在制品库库存数量达到报警阈值时，触发报警装置，最终实现离散车间生产过程在制品库存精细化监控。该方案可广泛应用于离散车间，具有稳定性高、通用性强、扩展性好等特点。
3、为实现对制造车间中主业务、全流程的可视化监控，有通过数字孪生技术的技术研究。例如，专利cn117908480a给出一种基于数字孪生的组装车间生产过程实时监控方法及系统，通过基于数字孪生技术对组装车间进行数据采集然后1：1建立模型并且实时更新，将各个工序上的监测结果实时显示在模型上，并将模型进行可视化展示，通过采集工人身穿工服的反射光数据判断工人此时的动作状态，实现了组装车间的数字化监控，当出现故障时可以从模型上清楚直观的发现故障位置和故障原因，方便维护人员进行维护，提高了维护效率，也降低了工作人员对组装车间的监控压力，可以减小组装车间异常情况的发生概率。
4、然而，当前由数字孪生技术反映出来了可视化监控，业务功能单一，各个业务模块之间的交互性、扩展性均不足，不利于可视化模拟仿真的普适性推广应用。
5、因此，如何对制造车间进行实时监控，探究实时、虚实同步、精准的远程监测，能广泛适用于制造车间的监控领域，以实现车间数字化水平的全面提升是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于数字孪生的监控方法及装置，监控方法具体包括如下步骤：预先构建数字孪生虚拟模型库，搭建针对监测车间的虚拟场景；基于监测车间内的目标设备类型，确定监测车间与虚拟场景的数据传输方式；结合监测车间与虚拟场景之间的动态映射，将监测车间内的数据反映至虚拟场景；通过对虚拟场景中接收的监测车间内的数据进行分析并呈现，实现基于数字孪生的监控。本发明给出的基于数字孪生的监控方案能广泛适用于各个场景的制造车间，实现实时、虚实同步、精准的远程监测。
2、第一方面，本发明提供一种基于数字孪生的监控方法，具体包括如下步骤：
3、预先构建数字孪生虚拟模型库，搭建针对监测车间的虚拟场景；
4、基于监测车间内的目标设备类型，确定监测车间与虚拟场景的数据传输方式；
5、结合监测车间与虚拟场景之间的动态映射，将监测车间内的数据反映至虚拟场景；
6、通过对虚拟场景中接收的监测车间内的数据进行分析并呈现，实现基于数字孪生的监控。
7、进一步的，数字孪生虚拟模型库包括外形模型、特征模型及操作模型。
8、进一步的，预先构建数字孪生虚拟模型库，具体包括如下步骤：
9、确定监测车间的生产过程元数据，生产过程元数据包括人员元数据、设备元数据、物料和/或产品元数据、环境元数据，设备元数据包括形状、尺寸、色彩、装配关系及相对位置关系；
10、基于形状、尺寸，构建外形模型；
11、结合外形模型及装配关系、相对位置关系，构建特征模型及操作模型。
12、进一步的，结合外形模型及装配关系、相对位置关系，构建特征模型及操作模型，具体包括：
13、；
14、其中，为监测车间数字孪生的特征属性，为特征属性函数，分别为监测车间数字孪生中各个目标设备的质量、力矩、质量重心、接触形状及接触位置；
15、；
16、其中，为监测车间数字孪生的操作属性，为操作属性函数，为监测车间数字孪生的移动属性，为监测车间数字孪生的移动控制属性，为监测车间数字孪生的驱动信号，为移动属性函数，分别为监测车间数字孪生中各个目标设备的转动参考体、转动轴矢量、锚点、初始角及转动轴旋转角度，为移动控制函数，分别为监测车间数字孪生中各个目标设备的操作类型、操作路径、操作速度及操作加速度，为驱动信号函数，分别为监测车间数字孪生中各个目标设备p1~pn的驱动信号。
17、进一步的，数字孪生虚拟模型库还包括接口模型，接口模型的构建，具体表示为：
18、
19、其中，为监测车间数字孪生的接口属性，为接口属性函数，分别为监测车间数字孪生中各个目标设备p1~pn的驱动信号，分别为对应的接口信号，分别为接口信息函数。
20、进一步的，监测车间的数据采集和数据输出分别通过第一opc ua服务器和第二opc ua服务器进行，虚拟场景的数据接收通过opc ua客户端进行；
21、第一opc ua服务器、第二opc ua服务器与opc ua客户端之间的数据传输通过opcua s/c的数据传输结构。
22、进一步的，基于监测车间内的目标设备类型，确定监测车间与虚拟场景的数据传输方式，具体包括如下步骤：
23、根据opc ua客户端对监测车间中各个目标设备的寻址，将各个目标设备的设备地址存储于第一opc ua服务器；
24、第一opc ua服务器获取目标设备数据，并经协议转换后将目标设备数据传输至第二opc ua服务器；
25、第二opc ua服务器将转换数据传输至opc ua客户端。
26、进一步的，第二opc ua服务器将转换数据传输至opc ua客户端之前，还包括如下步骤：
27、将转换数据进行拆分，获取每组长度相等的待加密数据；
28、对待加密数据分块进行数据置换，再进行行移位运算；
29、通过循环加密函数使用当前循环加密密钥对行移位后的数据进行循环加密；
30、每一次循环加密均会生成新的循环加密密钥，使用新的循环加密密钥置换当前循环加密密钥，返回并重复执行加密过程，直到完成n-1次循环加密密钥的置换，并在完成n次循环加密后完成对转换数据的加密，输出密文，其中，n为预设循环加密次数。
31、进一步的，数据置换，具体表示为：
32、
33、其中，表示待加密数据的长度，表示待加密数据的属性信息，表示数据置换后的数据；
34、行移位运算，具体表示为：
35、
36、其中，表示非对称加密，表示生成元，为行移位计算后的数据；
37、循环加密，具体表示为：
38、
39、其中，表示循环加密函数，为循环加密后的数据。
40、进一步的，结合监测车间与虚拟场景之间的动态映射，将监测车间内的数据反映至虚拟场景，具体包括如下步骤：
41、获取存储于第一opc ua服务器中的目标设备的设备地址，确定目标设备；
42、将第一opc ua服务器的目标设备数据与数字孪生虚拟模型库的模型进行匹配，完成生产过程元数据的信号映射；
43、其中，生产过程元数据的格式类型包括数据名称、i/o类型、数据类型、路径。
44、进一步的，将第一opc ua服务器的目标设备数据与数字孪生虚拟模型库的模型进行匹配，具体表示为：
45、；
46、其中，为匹配函数，为第一opc ua服务器的编号i的目标设备数据类型，为对应的数值，为模型需求的编号j的目标设备数据类型，r为关系操作符，为对应的期望值，m为模型需求的目标设备数据类型的总数，n为第一opc ua服务器的目标设备数据类型的总数。
47、第二方面，本发明还提供一种基于数字孪生的监控装置，采用如上述基于数字孪生的监控方法，具体包括：
48、构建单元，用于预先构建数字孪生虚拟模型库，搭建针对监测车间的虚拟场景；
49、配置设置单元，用于基于监测车间内的目标设备类型，确定监测车间与虚拟场景的数据传输方式；结合监测车间与虚拟场景之间的动态映射，将监测车间内的数据反映至虚拟场景；
50、显示单元，用于通过对虚拟场景中接收的监测车间内的数据进行分析并呈现，实现基于数字孪生的监控。
51、本发明提供的一种基于数字孪生的监控方法及装置，至少包括如下有益效果：
52、（1）本发明给出的基于数字孪生的监控方案能广泛适用于各个场景的制造车间，实现实时、虚实同步、精准的远程监测。
53、（2）采用opc ua 信息建模方法实现数据交互，通过opc ua协议将各类设备协议进行统一规范，建立数据传输的标准化接口，将不同类型的设备产生的不同格式的信息按照标准的格式进行呈现，达到数据的有效采集和管理，使得数字孪生平台中多源异构数据可以集成和传输。
54、（3）从监测车间获取的数据实时驱动虚拟场景的运行，通过虚拟场景可以在三维场景中对物理车间生产过程全方位、任意距离和角度的实时监控。
1.一种基于数字孪生的监控方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，数字孪生虚拟模型库包括外形模型、特征模型及操作模型。
3.如权利要求2所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，预先构建数字孪生虚拟模型库，具体包括如下步骤：
4.如权利要求3所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，结合外形模型及装配关系、相对位置关系，构建特征模型及操作模型，具体包括：
5.如权利要求1所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，监测车间的数据采集和数据输出分别通过第一opc ua服务器和第二opc ua服务器进行，虚拟场景的数据接收通过opc ua客户端进行；
6.如权利要求5所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，基于监测车间内的目标设备类型，确定监测车间与虚拟场景的数据传输方式，具体包括如下步骤：
7.如权利要求6所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，第二opc ua服务器将转换数据传输至opc ua客户端之前，还包括如下步骤：
8.如权利要求6所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，结合监测车间与虚拟场景之间的动态映射，将监测车间内的数据反映至虚拟场景，具体包括如下步骤：
9.如权利要求8所述基于数字孪生的监控方法，其特征在于，将第一opc ua服务器的目标设备数据与数字孪生虚拟模型库的模型进行匹配，具体表示为：；
10.一种基于数字孪生的监控装置，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述基于数字孪生的监控方法，具体包括：
