全文总字数：4093字
1. 研究目的与意义（文献综述）
随着新一代信息技术（如物联网、云计算、大数据、语义分析、虚拟现实技术、人工智能等）的飞速发展及其与制造技术的深度融合，给世界范围内的制造业带来了前所未有的发展机遇。为了缩短产品设计、制造过程、系统规划和生产设施设计周期，通过快速更迭产品技术性能降低生产成本、提高质量和公司的生产力，可以进行基于数字化模型的各类仿真、分析、数据积累等，于是“数字孪生”这新兴概念应时而生。数字孪生（Digital Twin）作为实现智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市等先进理念的使用技术与手段[1]，近期备受学术界和企业界关注，尤其是数字孪生的落地应用更是关注热点。即使规模较小的企业与组织不一定拥有数字孪生的所有元素，也有大批制造公司将数字孪生作为至关重要的因素。传统的三维模型已无法满足现阶段技术发展与应用需求。计算机学科的发展提高了数字孪生的仿真建模的颗粒度和置信度，使多方面数据融合，提高输入输出的范围。如今的数字孪生可以通过智能工厂和智能产品进行设计与生产，未来前景可观，创新商业模式，创造颠覆性机会。
目前国内的电力资源在开发利用的时候存在一定的危险性，为了保证电力资源的合理利用，就要在电力系统进行运营的过程中加强运营维护检修等工作质量。然而现实中由于电力系统的复杂性，电力系统员工电力工程的认识往往不够充分[4]，对整个电力工厂的控制以及紧急状况的处理缺乏经验。随着上述虚拟现实[16]、物联网、数字孪生[11]、[12]等技术的发展，利用计算机监控系统实现全面的安全经济调度是人们所期望的目标[2]。基于数字孪生的电力工程监控系统的从考虑经济性为主转移到安全运行为主。在实际运行中，以保证电力系统安全稳定运行为前提，同时进行电能质量控制和经济调度。对工厂的电能以及温度等性能在内的数据进行实时安全监控，实现工厂智能化管理[5]、[6]。
本项目以电力工程行业为基础，基于现实场景建立了与沙盘成一定比例的模型，以PLC、A/D转换模块、HoloLens等硬件[21]，ModBusTCP、WebSocket等通讯协议，以及3DsMax、Unity3D等虚拟仿真软件为基础进行了电力工程的智能运维系统研发，并且可以用微软HoloLens的虚拟现实头戴设备，浏览电力工程系统的实时互动信息。本系统以数字孪生为理念核心，进而实现虚拟与现实的联动，可为后续研究电力工厂智能化管理提供有力的理论和技术支撑，同时可将此系统引入教学实验环节，加强学生对“虚拟现实”、“数字孪生”等新兴技术概念的学习和掌握。2. 研究的基本内容与方案
总体方案设计如下图1所示。本设计主要包含三个部分：物理层、信息处理层和虚拟层。物理层的电力沙盘模型是基于真实的电力工厂进行一定比例模拟制作而成。该模型采用工业上常用的plc控制系统对沙盘模型中的元件如水泵、风机、传感器和照明灯等进行控制，其中安装的温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器通过a/d转换模块与fx-3u系列plc相连，将监测并读取的环境数据存储于数据寄存器中。modbustcp通讯协议是物理层与信息处理层间的连接枢纽。通过modbus tcp通讯协议，将储存于plc控制系统中的元件和环境数据传输至数据池服务端进行数据的处理和映射，plc软元件地址与modbus tcp通讯协议的站地址有相应的映射关系。处理完成的数据会存储于influxdb数据库中或websocket服务器中，分别通过http通讯协议和websocket通讯协议传至虚拟层。虚拟层基于现有的沙盘实物模型以及来自信息处理层的实物元件的数据状态量通过3ds max三维建模软件、unity3d引擎进行三维虚拟场景的搭建。建立好的场景在微软环境下发布并与hololens远程连接，实现数据监测、远程控制、空间定位等操作，达到虚拟场景与真实场景双向联动的目的。
图2-1 总体方案设计图
3. 研究计划与安排
第1周至第3周，英文文献查询与翻译；
第4周至第5周，项目需求调研，确立控制目标，完成开题报告；
第6周至第8周，项目总体设计方案开发，各功能模块规划；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]1刘彬,张云勇.基于数字孪生模型的工业互联网应用研究[j/ol].电信科学:1-12.
[2]2刘宏伟.基于电子产品的智能工厂工业互联网仿真评测系统技术研究[j].电子测试,2019(08):134-136.
[3]3ruihe,guoming chen,che dong,shufeng sun,xiaoyu shen. data-driven digital twintechnology for optimized control in process systems[j]. isa transactions,2019.
