前端04.数字孪生实现方案

数字孪生实现方案（针对研究对象具备复杂逻辑 需要外部数学模型或仿真平台[simulink等]）

方案实现整体框图

• 任务需求分析：当前前端已初步实现数字孪生所需要的功能模块，问题集中在由simulink搭建的DEH模型如何装载入后端，实现整体的数字孪生实现流程，针对次问题，目前调研了三种实现方案。

一.方案1 直接将simulink仿真内嵌入网页前端 由前端将指令数据读取后传入后端 实现整个流程

​ 参考资料【Matlab开发Web App服务器】

• ​ https://www.zhihu.com/question/38003831/answer/103977807
• ​ https://zhuanlan.zhihu.com/p/86838817
• ​ https://www.mathworks.com/help/compiler/web-apps.html
• ​ https://www.it1352.com/1603610.html
• ​ [1]Development of Web Applications Based on MATLAB
• ​ [2]基于Web和MATLAB Builder JA技术的远程计算与仿真系统研究
• ​ https://wenku.baidu.com/view/cd01128c6cdb6f1aff00bed5b9f3f90f76c64d80.html
• ​ http://www.xjishu.com/zhuanli/54/201910334498.html
• ​ https://blog.csdn.net/TICPSH/article/details/115895334

1.1实现依据及整体思路

• 从2018a开始Matlab提供了Web Apps功能，它能够将电脑设为服务器，把App程序发布到局域网，可以通过浏览器访问,可以以此方式将simulink仿真模型导入到网页前端，进而进行数据交互。

1.2实现具体细节

1.2.1使用App Designer创建交互式的应用程序

• 下载安装包
• 安装
• 解压MATLABWebAppServer.zip
• 启动服务
• 启动/停止服务
• 打开web apps的主页
• 打开服务器log文件夹
• 启动SSL，使用HTTPS
• …

1.2.2使用Web App Compiler打包

• 打开App
• 在Configure and Run页面点击Stop
• 在Service Registration页面点击Unregister
• …

1.2.3基于MATLAB Web App Server托管

• 在App Designer中使用Web app Compiler进行打包，生成ctf文件
• 将ctf文件拷贝到Web App Server的apps文件夹；
• 从web apps主页启动app，查看效果。
• …

1.3方案评估

• 此方式是将simulink的GUI展示界面通过url直接上传,现有的实现实例大多是GUI展示，如下图所示，模型中的数据能否单独实时引出，以供数字孪生的逻辑自

  

洽，目前还未实际测试，但可作为备选方案，此种方式若能成功实践，可以直接将simulink模型搬运到前后端，实现逻辑与动画的交互。

二.方案2 在simulink内部编写python函数 将仿真数据抛出

参考资料

• https://blog.csdn.net/chengzhe412/article/details/78555445

2.1实现依据及整体思路

• Python的应用越来越广泛，在深度学习，机器学习，数据挖掘等方面有很大的优势，并且python是开源的有强大的第三方库，这是python的最大优势。但是MATLAB在科学计算方面优化的非常极致，特别是SIMULINK的模块化编程方式非常方便，在实际的应用中经常会需要SIMULINK和python之间频繁的数据交换和调用，从 MATLAB2014b 开始，MATLAB支持直接调用Python。

2.2实现具体细节

2.2.1 首先将matlab链接到python引擎

• 

2.2.2 在MATLAB中调用python函数，按照py.文件名.函数名（参数）的格式进行函数调用

• 

2.2.3 再实时仿真的环境中应用python函数，采用S-Function的方式进行调用py语句。采用S-function的方式不需要外部编译的方式，提高仿真效率

2.2.4数据抛出以后实时读取，然后由后端传递给前端，即可完成数字孪生逻辑与动画的交互

2.3 方案评估

• 此种方式是先将数据从simulink中导出，然后后端读取，以后端中转的方式实现从数学模型到前端模型的数据交互，理论上是可行的，但实时性可能未必能达到项目需求，需要后续实践评估。

三.方案3 直接通过Python调用MATLAB的内部引擎函数搭建模型 无需simulink

• 参考资料
• https://www.jianshu.com/p/02fd2ef6f174
• https://cn.mathworks.com/help/matlab/matlab-engine-for-python.html

3.1.实现依据及整体思路

• 用于 Python 的 MATLAB 引擎 API 可提供一个包，供 Python 将 MATLAB 作为计算引擎来调用。该引擎支持参考实现 (CPython)。MATLAB 支持版本 2.7、3.6、3.7 和 3.8。

3.2.实现具体细节

• 在python中调用MATLAB引擎进行绘图
• 

3.3.方案评估

• 如果python中能够调用的MATLAB引擎函数足够齐全，理论上是可以在python中（java也同理）搭建一个DEH仿真系统，此种方式实现效果最后，但参考资源比较少，能否实现需要实践检验

3.3.方案评估

• 如果python中能够调用的MATLAB引擎函数足够齐全，理论上是可以在python中（java也同理）搭建一个DEH仿真系统，此种方式实现效果最后，但参考资源比较少，能否实现需要实践检验

四.个人项目实现初步效果

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