文档介绍：数字孪生在智能装备制造中的应用研究
华南智能制造 1月26日
作者丨广东利元亨智能装备股份有限公司 张伟
来源丨《现代信息科技》2019年第3卷第8期
随着中国制造强国战略的深入实施，新一代信息技术和人工智能技术与制造业深度融合，推动制造企业转型升级，大力发展智能制造。因此，“数字孪生”（Digital Twin）近期得到了广泛的关注，实现制造物理世界与信息世界的交互与共融，是当前国内外实践智能制造理念和目标的核心。
“数字孪生”是指以数字化方式创建一个物理对象，借助数据模拟对象在现实环境中的行为，对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真，从而提高制造企业设备研发、制造的生产效率，数字孪生面向产品全生命周期，为解决物理世界与信息世界的交互与共融提供有效的解决途径。
设备层应用
传统的单机设备制造流程为：方案布局→机械设计→程序/电气/软件设计→现场调试→交付使用，数字孪生的应用就是在设计阶段创建一个数字化的虚拟样机，将机械、程序、电气、软件进行同步设计，在虚拟环境中验证制造过程。发现问题后只需要在模型中进行修正即可，比如机械手发生干涉时，
改变爪手的外形、输送带的位置、工作台的高度等，然后再次执行仿真，确保机构能正确执行任务。在虚拟调试完成后，使虚拟样机完整地映射到实际设备中，提高现场调试效率，缩短研发周期；虚拟样机的创建方法如下。
第一步：创建数字模型，借助市场上常见的CAD软件（CREO、SolidWorks、NX 等），在机械设计阶段能够高保真度地创建设备数字模型，这是数字孪生与物理实体的“形”。这里的“形”包含机构外观、零件尺寸、相对安装位置等。
第二步：创新虚拟信号，CAD模型往往是静态的，而现实的设备是动态的，通过运动仿真软件对设备的运动组件进行定义，并赋予其物理属性，设置虚拟信号定义其运动轨迹及限制范围、移动方向、速度、位移和旋转角度等，这是数字孪生与物理实体的“态”，保证数字孪生体与现实设备的各运动姿态统一是实现数字孪生技术的关键。
第三步：信号连接，基于PLC的虚拟仿真功能，将PLC程序中的I/O信号与虚拟信号进行连接，运行PLC程序，结合上位机的控制界面，对虚拟信号进行一一校核；这里的PLC连接包含软连接和硬连接两个部分，软连接
是利用PLC本身的仿真模型功能，实现软对软的通讯，同时要求有实际硬件PLC时，基于以太网TCP/IP协议，实现硬对软的通讯。
第四步：虚拟调试，根据产品制造工艺测试和验证产品设计的合理性。在计算机上模拟整个生产过程，包括机器人和自动化设备、PLC、气缸、电机等单元。机器人单元模型创建完成就可以在虚拟世界中进行测试和验证。
3D模型只静态地展示设备的时代即将过去。数字孪生可以集合分析设备的设计、制造和运行的数据，并将其注入全新的设备设计模型中，使设计不断迭代优化。有了数字孪生，在前期就可以识别异常功能，从而在没有生产的时候，就以消除设备缺陷，提高质量。
产线层应用
产线设计中最难也是最耗费时间的是验证阶段，因为一个产品的生产由多个工序构成，每个工序输送系统的速度、加速度、间距等参数必须在负载下进行验证，验证其是否可行，而这个过程在传统意义上来说，需要实际物理装置装配好以后才能进行，