API-based Digital Twins - Architecture for Building Modular Digital Twins Following Microservices Architectural Style

Julkaisun otsikon käännös: API-pohjaiset digitaaliset kaksoset

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Neljäs teollinen vallankumous etenee nopeasti teollisuuden digitalisoitumisen kiihdyttämänä. Digitaalinen kaksonen on työkalu, joka tukee digitalisaatiota. Se tarjoaa useita ominaisuuksia, kuten huoltotarpeen ennustamista, simulaatioita, sekä laitteen käytönaikaista optimointia. Digitaalisen kaksosen ominaisuudet vaihtelevat paljon riippuen sen käyttökohteesta, ja yksinkertaisimmillaan digitaalinen kaksonen voi olla vain dokumentti, joka kuvaa tuotetiedot. Koska digitaaliset kaksoset ovat hyvin erilaisia, tarpeeksi yleisen arkkitehtuurin luominen on osoittautunut hankalaksi. Lisäksi nykyiset digitaalisten kaksosten arkkitehtuurit eivät hyödynnä jo olemassa olevia järjestelmiä täysimääräisesti digitaalisen kaksosen toteutuksessa. Tässä työssä kehitetään modulaarinen API-pohjainen (Application Programming Interface, sovellusrajapinta) arkkitehtuuri digitaalisille kaksosille sekä esitetään arkkitehtuurin käytännön toteutus siltanosturille. Tämä arkkitehtuuri tuo digitaalisen kaksosen tarjoaman tiedon saataville yhden rajapinnan kautta ja hyödyntää olemassa olevia järjestelmiä digitaalisen kaksosen toteutuksessa. Arkkitehtuurissa digitaalinen kaksonen koostuu erillisistä ohjelmistopalikoista, jotka toteuttavat sen ominaisuudet yhteistyössä. Jokainen näistä palikoista tarjoaa toiminallisuutensa palveluina API-rajapinnan kautta. Tämä API-rajapinta on liitetty Data Link -komponenttiin, joka välittää viestejä sekä näiden ohjelmistopalikoiden välillä että ohjelmistopalikoiden ja ulkoisten palveluiden välillä. Data Linkin käytännön toteutus on API-yhdyskäytävä, joka välittää viestit ohjelmistopalikoille noudattaen mikropalveluarkkitehtuuria. Mikropalveluarkkitehtuurissa jokainen ohjelmistopalikka toteuttaa yhden toiminnallisuuden eli tässä tapauksessa digitaalisen kaksosen ominaisuuden. API-pohjaisen arkkitehtuurin lisäksi tässä työssä tutkitaan Internet-rajapintoja teollisessa kommunikaatiossa. Tutkittuja REST- ja GraphQL-rajapintoja voidaan hyödyntää mikropalveluiden yhdistämisessä Data Link-komponenttiin. Tässä työssä arvioidaan myös Internet-rajapintojen soveltuvuutta OPC UA -palvelimelle, joka mahdollistaa kommunikaation teollisen laitteen ohjelmoitavan logiikan kanssa. Tässä työssä esitellään myös OSEMA (Open Sensor Manager, avoin anturienhallintajärjestelmä), joka mahdollistaa mittaukset digitaalisen kaksosen fyysisestä vastinparista. OSEMA mahdollistaa digitaalisen kaksosen pysymisen ajan tasalla sen fyysisestä kaksosesta. Sen avulla antureiden mittausasetuksia voidaan päivittää etänä Internetin yli. Lisäksi OSEMA pystyy luomaan anturille ohjelman sen asetuksiin perustuen, mikä helpottaa uusien anturien lisäämistä. Modulaarinen digitaalisten kaksosten arkkitehtuuri, Internet-rajapintojen vertailu sekä OSEMA tukevat osaltaan kehitystä kohti neljättä teollista vallankumousta ja teollisuuden digitalisaatiota.
Julkaisun otsikon käännösAPI-pohjaiset digitaaliset kaksoset
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Tammi, Kari, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0593-3
Sähköinen ISBN978-952-64-0594-0
TilaJulkaistu - 2021
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • digitaalinen kaksonen
  • arkkitehtuuri
  • sovellusrajapinta
  • Teollisuus 4.0

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'API-pohjaiset digitaaliset kaksoset'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä