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為了在調(diào)試之前及早發(fā)現(xiàn)新機(jī)器設(shè)計(jì)中的缺陷，OEM廠商正在越來越多地依賴使用數(shù)字孿生的仿真。 

戴上VR或AR頭顯設(shè)備，機(jī)器開發(fā)人員可以直接與他們的模型進(jìn)行交互，而且不會(huì)分散注意力。 

當(dāng)您在沒有進(jìn)行全面測(cè)試的情況下就匆匆完成新機(jī)器的構(gòu)造時(shí)，存在在調(diào)試之前忽視設(shè)計(jì)中基本缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。到那時(shí)，對(duì)已完成機(jī)器的任何更改都是極其昂貴和費(fèi)時(shí)的。這就是為什么有越來越多的機(jī)器制造商正在使用仿真模型——數(shù)字孿生——來快速、經(jīng)濟(jì)地測(cè)試和實(shí)施新機(jī)器設(shè)計(jì)的原因。

 在設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，OEM廠商的一大主要關(guān)注點(diǎn)是如何盡快將其制造出來并上市。項(xiàng)目延遲、復(fù)雜化和原型失敗都會(huì)迅速威脅到項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性。使用機(jī)器開發(fā)和部署的常規(guī)方法已不再能夠完成這項(xiàng)任務(wù)。而這恰恰是數(shù)字孿生發(fā)揮作用的地方。數(shù)字孿生伴隨著機(jī)器的整個(gè)生命周期 – 從概念規(guī)劃到售后服務(wù)。它的開發(fā)、調(diào)整、改進(jìn)和測(cè)試與真實(shí)機(jī)器同步進(jìn)行。通過仿真可以及早發(fā)現(xiàn)任何設(shè)計(jì)缺陷或必要的更改，從而避免以構(gòu)建物理原型為代價(jià)。 

對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真

除了對(duì)機(jī)器的硬件和軟件進(jìn)行仿真之外，數(shù)字孿生還必須提供逼真的生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)表示。例如，對(duì)傳送帶上的產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，有助于盡早發(fā)現(xiàn)潛在的碰撞。“仿真工具需要結(jié)合實(shí)際控制器來顯示高速過程，”貝加萊仿真與數(shù)字孿生技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Kurt Zehetleitner指出道。“因此，除了性能強(qiáng)勁之外，它還必須提供實(shí)時(shí)能力。”industrialPhysics完全滿足這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。借助集成的實(shí)時(shí)物理引擎，該軟件可以對(duì)動(dòng)態(tài)機(jī)器行為進(jìn)行三維仿真。影響物料流的所有作用力都可以通過數(shù)字孿生進(jìn)行測(cè)試。機(jī)器開發(fā)人員可以即時(shí)獲得視覺反饋，以了解不同的機(jī)器組件組合會(huì)如何影響機(jī)器行為。不必要的停機(jī)也可以得到迅速識(shí)別和排除。 

導(dǎo)入CAD數(shù)據(jù)

industrialPhysics使用機(jī)器的CAD數(shù)據(jù)生成數(shù)字孿生。開發(fā)人員只需以STEP格式導(dǎo)入此數(shù)據(jù)，即可快速輕松地創(chuàng)建數(shù)字孿生。然后，數(shù)字孿生可以用來測(cè)試不同的運(yùn)動(dòng)布置、組件配置和代碼更改將如何影響機(jī)器。貝加萊已將industrialPhysics集成到其Automation Studio工程環(huán)境中。“仿真工具和Automation Studio之間的直接鏈接意味著，開發(fā)人員能夠在PC上以硬件在環(huán)或軟件在環(huán)配置的方式運(yùn)行機(jī)器的虛擬模型，并連接到控制器上，”Zehetleitner說道。

3D仿真軟件industrialPhysics使用CAD數(shù)據(jù)來創(chuàng)建數(shù)字孿生。開發(fā)人員只需以STEP格式導(dǎo)入此數(shù)據(jù)，即可快速輕松地創(chuàng)建數(shù)字孿生。 

虛擬現(xiàn)實(shí)

為了使開發(fā)人員能夠直接與仿真的機(jī)器進(jìn)行交互而不受外界干擾，模型需以三維呈現(xiàn)。industrialPhysics提供在虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯中查看數(shù)字孿生的選項(xiàng)。開發(fā)人員可以在三維空間中體驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)器，甚至是四維的運(yùn)動(dòng)仿真。“借助VR頭顯設(shè)備，開發(fā)人員可以在仿真運(yùn)行時(shí)評(píng)估生產(chǎn)過程。還可以連接到真實(shí)控制器或測(cè)試處理，”Zehetleitner說道。與VR頭顯不同，AR頭顯可以將數(shù)字孿生疊加在機(jī)器的真實(shí)環(huán)境上。這樣就可以在計(jì)劃和開發(fā)具有移動(dòng)物體的機(jī)器時(shí)測(cè)試假設(shè)情景。信息可以從控制器中實(shí)時(shí)獲取，并結(jié)合仿真一起查看。僅需幾分鐘即可將VR和AR系統(tǒng)輕松地集成到軟件中。然后，industrialPhysics仿真模型就可以直接顯示在VR或AR頭顯中，而不是PC屏幕上。

貝加萊研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 – 仿真和數(shù)字孿生 Kurt Zehetleitner

“industrialPhysics基于高精度的實(shí)時(shí)物理引擎，該軟件可以對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)逼真的仿真。” 

虛擬調(diào)試

在開發(fā)完機(jī)器的硬件和軟件，并對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行測(cè)試后，就該進(jìn)行虛擬調(diào)試了。借助數(shù)字孿生，調(diào)試過程可以不斷重復(fù)進(jìn)行，直到所有一切達(dá)到最佳工作狀態(tài)為止。只有在虛擬調(diào)試中一切進(jìn)展順利，才會(huì)構(gòu)建第一個(gè)物理原型。“虛擬調(diào)試與真實(shí)調(diào)試相比非常便宜。因此，你可以使用數(shù)字孿生排除盡可能多的錯(cuò)誤，并在構(gòu)建和調(diào)試真實(shí)機(jī)器之前進(jìn)行必要的原型迭代，”Zehetleitner解釋道。這對(duì)投資回報(bào)率會(huì)產(chǎn)生積極的影響。 

控制柜中的數(shù)字分身

然而，數(shù)字孿生的益處并不會(huì)隨著調(diào)試而結(jié)束。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)下的互聯(lián)工廠會(huì)產(chǎn)生和處理大量運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生可以很好地利用這些數(shù)據(jù)。“通過提供機(jī)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以像控制柜中機(jī)器的虛擬副本一樣運(yùn)行，”Zehetleitner解釋道。如果實(shí)際機(jī)器的行為與數(shù)字孿生的行為有所偏離 – 例如，由于軸承磨損 – 則會(huì)立即檢測(cè)到差異。收集到的數(shù)據(jù)可用于預(yù)測(cè)性維護(hù)、故障報(bào)告或遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)。 

數(shù)字孿生在機(jī)器需要升級(jí)或擴(kuò)展的時(shí)候也可以提供幫助。在操作過程中獲得的洞見可以反饋回開發(fā)過程中。機(jī)器制造商可以使用仿真模型來測(cè)試計(jì)劃的修改。這樣可以最大限度地減少機(jī)器停機(jī)以實(shí)施更改所需的時(shí)間。

數(shù)字孿生的開發(fā)、調(diào)整、改進(jìn)和測(cè)試與真實(shí)機(jī)器同步進(jìn)行。這有助于及早發(fā)現(xiàn)任何設(shè)計(jì)缺陷、不一致或必要的更改。

數(shù)字孿生作為服務(wù)

為了支持希望創(chuàng)建數(shù)字孿生的客戶，貝加萊提供了專門的服務(wù)包。貝加萊開發(fā)人員使用現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)建立機(jī)器的復(fù)雜模型 – 這是使開發(fā)項(xiàng)目順利啟動(dòng)的一種快捷經(jīng)濟(jì)的方式。在貝加萊的工程工具Automation Studio中，數(shù)字孿生用于初始驗(yàn)證和集成測(cè)試。這使整個(gè)開發(fā)項(xiàng)目立刻變得更具可預(yù)測(cè)性，并能實(shí)現(xiàn)高效管理。數(shù)字孿生還可以立即用于各個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的溝通交流。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)全球機(jī)器與工廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強(qiáng)大的Automation Studio軟件開發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神，為客戶提供更為簡化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。