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貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司
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  • 數(shù)字孿生—在產(chǎn)線投資之前就知道它是否可行?
  • 發(fā)布時(shí)間:2019/1/7 10:19:03   修改時(shí)間:2019/1/7 10:19:03 瀏覽次數(shù):1807
  •   Digital Twin的熱度
      全球最具權(quán)威的IT研究與顧問咨詢公司Gartner連續(xù)在2016和2017年將Digital Twin列為當(dāng)年十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢,使得Digital Twin成為了這幾年在IIoT、智能制造大潮中非常流行的詞匯,然而這種景象總讓人們以為它僅僅是一個(gè)處于"概念"階段的詞匯。

      圖1-Gartner 2017年十大科技趨勢[1]

      什么是Digital Twin?
      最早定義"Digital Twin"的是美國密歇根大學(xué)的Michael Grieves教授在2003年提出"與物理產(chǎn)品等價(jià)的虛擬數(shù)字化表達(dá)",并且他提議將數(shù)字孿生與工程設(shè)計(jì)進(jìn)行對比,來更好的理解產(chǎn)品的生產(chǎn)與設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)與執(zhí)行之間形成緊密的閉環(huán)[2]。

      圖2-Michael Grieves教授于2003年提出"Digital Twin"概念

      知名咨詢公司德勤(Deloitte)也于2017年發(fā)布了"工業(yè)4.0與數(shù)字孿生"中對Digital Twin的架構(gòu)進(jìn)行了清晰的描述,德勤認(rèn)為通過數(shù)字孿生企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速面市、改善運(yùn)營、創(chuàng)新的業(yè)務(wù)模式以及降低生產(chǎn)缺陷,圖3則顯示了其實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。

      圖3-德勤關(guān)于數(shù)字孿生的架構(gòu)

      Digital Twin有什么用?
      本文不是學(xué)術(shù)論文,我們需要把"Digital Twin"落在實(shí)處,簡而言之,Digital Twin可以理解為在虛擬的世界對物理的生產(chǎn)線進(jìn)行建模,并對其進(jìn)行仿真,然后將其"下載"到物理世界,然后可以實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)線的生產(chǎn)狀態(tài),并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)、傳輸至MES/ERP等,并接受來自產(chǎn)線調(diào)整的參數(shù)進(jìn)行工藝換裝。
      貝加萊最新的ACOPOStrak的HMI中顯示的虛擬系統(tǒng)與物理的系統(tǒng)是一一對應(yīng)的,仿真系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)讀取控制器中ACOPOStrak當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài),并顯示,另外,當(dāng)仿真完成后,下載到控制器也可以直接驅(qū)動系統(tǒng)來執(zhí)行。
      Digital Twin有哪些應(yīng)用場景?
      通過Digital Twin,設(shè)計(jì)人員可以在以下幾個(gè)方面下手
      1.產(chǎn)線組裝之前的驗(yàn)證
      產(chǎn)線設(shè)計(jì)最難的地方在哪里?
      做產(chǎn)線設(shè)計(jì)的人應(yīng)該最清楚,對于制造而言,其產(chǎn)線設(shè)計(jì)最難的也是最耗費(fèi)時(shí)間的是在驗(yàn)證階段,因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)由多個(gè)工序構(gòu)成,在每個(gè)工序輸送系統(tǒng)的速度、加速度、間距等參數(shù)必須在負(fù)載下進(jìn)行驗(yàn)證是否可行,而這個(gè)過程在傳統(tǒng)上,需要實(shí)際的物理裝置裝配好以后才能進(jìn)行。
      2.虛擬調(diào)試
      顯然,虛擬調(diào)試是Digital Twin最為好的應(yīng)用,對于工程師而言,在物理的產(chǎn)線未組裝完成,甚至尚未采購前就開始開發(fā)程序,邏輯、運(yùn)動關(guān)系,然后在系統(tǒng)里進(jìn)行虛擬的參數(shù)調(diào)校,等系統(tǒng)組裝完成,直接下載程序,即可實(shí)現(xiàn)快速的上電調(diào)試,而這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化、匹配已經(jīng)在前期虛擬調(diào)試階段完成了。
      3.工藝換裝時(shí)的驗(yàn)證
      第二種情況是對已有的產(chǎn)線進(jìn)行換裝,但是,我必須要驗(yàn)證新的生產(chǎn)狀態(tài)下,例如:新增的滑塊、減掉滑塊,系統(tǒng)是否可行?
      尤其對于SuperTrak和ACOPOStrak這樣的柔性傳送系統(tǒng),他們的底層都自帶托盤防碰撞機(jī)制,這樣即使程序出現(xiàn)錯(cuò)誤,也不會導(dǎo)致托盤(或他們承載的產(chǎn)品)之間發(fā)生碰撞。這種機(jī)制對于產(chǎn)線安全極為重要。但是在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)流程中,應(yīng)該盡量避免防碰撞機(jī)制的觸發(fā),以免托盤不必要的反復(fù)加減速,導(dǎo)致增加系統(tǒng)散熱和功率上的負(fù)擔(dān),甚至生產(chǎn)節(jié)拍的降低。Digital Twin可以完美地完成這個(gè)任務(wù),它不僅可以仿真程序的內(nèi)容,也可以完全一致地體現(xiàn)傳送系統(tǒng)的防碰撞機(jī)制,這樣在換裝之前,我們就可以在仿真中完成防碰撞機(jī)制的規(guī)避。
      數(shù)字孿生-在產(chǎn)線投資之前確保它是可行的
      對于投資高昂產(chǎn)線的企業(yè)主而言,驗(yàn)證其是否可行非常必要,因此,SuperTrak和ACOPOStrak這種可以借助于Digital Twin實(shí)現(xiàn)預(yù)先的驗(yàn)證和規(guī)劃,對于產(chǎn)線設(shè)計(jì)而言,非常關(guān)鍵:
     ?。?)知道可以達(dá)到的水平,和為此而需要的最佳機(jī)電匹配;
     ?。?)在機(jī)械安裝完成前軟件同步開發(fā)測試;
     ?。?)工藝換裝也可以提前規(guī)劃;
      圖4反映了與德勤所提供的相似的數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)架構(gòu),通過工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)通信POWERLINK,以及集成開發(fā)平臺Automation Studio、物理的對象SuperTrak/ACOPOStrak和ABB機(jī)器人,建模仿真軟件、OPC UA實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)來構(gòu)成整個(gè)產(chǎn)線的數(shù)字孿生架構(gòu)。

      圖4-基于Digital Twin思想的產(chǎn)線設(shè)計(jì)

      它是如何實(shí)現(xiàn)的?
      基于貝加萊集成開發(fā)平臺Automation Studio開放的數(shù)字化連接能力,ACOPOStrak/SuperTrak所構(gòu)成的數(shù)字孿生機(jī)電設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖5所示:

      圖5-貝加萊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線設(shè)計(jì)Digital Twin的架構(gòu)

      1.機(jī)電CAD設(shè)計(jì)軟件提供了產(chǎn)線的物理尺寸與規(guī)格,包括了物理的輸送段的幾何尺寸、滑塊的對應(yīng)參數(shù)(尺寸,重量,中心坐標(biāo)等)。
      2.Automation Studio的控制:對于物理的滑塊運(yùn)動而言,其由x,y,z及旋轉(zhuǎn)Φx,Φy,Φz構(gòu)成,而機(jī)械的參數(shù)與這些控制模型結(jié)合,形成了對整個(gè)物理的控制對象的融合。
      在Automation Studio中,SuperTrak/ACOPOStrak和機(jī)器人被協(xié)同在同一軟件架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)協(xié)同,并下載到物理的控制器(一臺工業(yè)PC)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)如伺服驅(qū)動器(用于控制機(jī)器人和周邊設(shè)備),以及Trak的滑塊。
      3.Scene Viewer與CAD交互形成產(chǎn)線的幾何圖形顯示,而Automation Studio則將實(shí)際運(yùn)行的物理對象參數(shù)返回給Scene Viewer形成動態(tài)的圖形顯示。
      4.當(dāng)產(chǎn)線的機(jī)械參數(shù)發(fā)生變化時(shí),由CAD系統(tǒng)提供新的參數(shù)給Automation Studio,Automation Studio將執(zhí)行新的程序來調(diào)整SuperTrak/ACOPOStrak的滑塊動作。
      基于SuperTrak/ACOPOStrak的數(shù)字孿生設(shè)計(jì),可以為產(chǎn)線提供全新的方法,并確保投資安全性,提高投資回報(bào)。
      貝加萊將于2019年1月10日在上海漕河涇萬麗酒店3樓舉辦"ACOPOStrak創(chuàng)新日",歡迎您的關(guān)注!
      參考文獻(xiàn):[1]https://blogs.gartner.com/smarterwithgartner/files/2016/10/TopTenStrTechTrends2017_Infographic_Final.png
      [2]Michael Grieves,Digital Twin: ManufacturingExcellence through VirtualFactory Replication,LLC,2014
      [3]https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/cn/Documents/cip/deloitte-cn-cip-industry-4-0-digital-twin-technology-en-171215.pdf
  • 企業(yè)介紹
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)動型自動化企業(yè),2017年7月,貝加萊成為ABB集團(tuán)的機(jī)器人及離散自動化業(yè)務(wù)部的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動化領(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…  更多>>
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  • 王女士 在2024/12/20 9:49:00留言
  • 留言類型:我想得到貴公司產(chǎn)品詳細(xì)資料,
  • 詳細(xì)留言:我們從供應(yīng)商處采購了貴司的備品備件,但貨期較久,基本都要15周左右,供應(yīng)商回復(fù)說是因?yàn)橘F司在搬廠,求證是否屬實(shí)?貴司是在搬廠嗎?請問搬去哪里?預(yù)計(jì)什么時(shí)候搬完?
  • 王瑤 在2024/12/12 8:36:00留言
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  • 王民 在2024/11/4 10:48:00留言
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  • Mr li 在2024/10/29 20:39:00留言
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  • 汪先生 在2024/10/25 10:06:00留言
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