数字孪生彻底改变产品上市时间

在全球各个市场和行业中，产品从概念设计到市场发布的时间跨度正在变得越来越短。多久能够开发出机器硬件并编写出软件程序，已经成为决定竞争成败的关键性因素。这自然是越快越好。数字孪生在快速开发和测试机器硬件和软件方面可以发挥重要的作用。

采用高效的流程是加快机器开发进度的唯一方式。错误必须从一开始就排除，而不是在事后纠正。即使是新机器的原型也必须在第一次就做到毫厘不差。“仿真是一种已在许多不同专业领域内得到证明的方法，它可以满足这些崇高的目标，”贝加莱负责仿真和基于模型开发的Kurt Zehetleitner说道。数字孪生可以在产品的任何部分实际存在之前就对其特性进行评估。

这种方法已经成为汽车和航空工业中开发机电系统的惯例。机械系统在计算机上建模，并在仿真环境中进行测试。然而，这种开发策略在其它制造领域中仍未站稳脚跟。这很大程度上要归因于普遍的误解，即开发仿真模型是一项耗时的任务，只能由对高等数学有深刻理解的开发者执行，且模型本身容易出错。"这可能是早期的情况，"Zehetleitner说道，"但是今天，创建仿真模型已经变得既轻松又快捷。"

今天的仿真工具可以很容易地生成数字孪生。这不仅可以简化和加快硬件和软件开发，而且还能执行虚拟调试。实时模拟机器的物理行为，可以在开发的早期阶段就能识别瓶颈，并确定优化潜力。"借助开发工具之间的无缝交互，仿真有助于实现高度的灵活性和有效的资源管理，"Zehetleitner说道。"这有利于对开发资源进行最佳利用，并有助于将调试时间缩短最多80%。"

在贝加莱Automation Studio工程环境中，数字孪生为应用程序开发人员提供了决定性的优势 - 他们可以直接在PC上启动虚拟模型，并以软件或硬件在环配置的方式连接到机器控制器。应用软件可以提前进行开发、验证和测试，并在控制器上测试性能要求。

为了创建数字孪生，开发人员可以将机器的CAD数据导入建模工具，例如MapleSim。它们可以轻松地使用CAD设计中的重要特性，如质量和密度值，还可以提供各种具有额外属性的机械组件，如自由度和与控制器的接口。

借助MapleSim和industrialPhysics等工具，即使是复杂的模型也很容易实现。MapleSim提供了一个建模元素库，如质量、关节、弹簧和阻尼，从而使模型的扩展和微调过程变得直观而简单。系统在后台生成模型的方程。MapleSim中的贝加莱应用程序允许模型与CAD数据一起自动导出到Automation Studio。在那里，用户可以在电机负载和控制器整定方面测试机器软件。贝加莱的Scene Viewer工具可以使用所提供的CAD数据来对运动进行3D显示。"这使软件开发人员可以非常轻松地进行测试和故障排除，"Zehetleitner说道。

这种方法与industrialPhysics仿真工具类似。该工具拥有集成的物理引擎，可以提供物理系统的近似模拟，着重于实时性能。"这类系统现在可以对整个机器和工厂进行仿真，"Zehetleitner说道。"你甚至可以在硬件在环环境中验证目标硬件上的实时行为和系统负载。"

一旦创建了数字孪生，在目标系统上开发和实现机器功能时，自动代码生成就会起到重要的作用。它最重要的一个优点是，它可以大幅减少所需要的编程量。MATLAB/Simulink工具特别适合自动代码生成。贝加莱在MATLAB/Simulink和Automation Studio之间开发了一个双向接口。借助Automation Studio Target for Simulink，开发人员仅需点击几下鼠标即可完成工作。"他们得以非常迅速地从在Simulink中创建模型到在贝加莱控制器上运行高质量的程序代码，"Zehetleitner说道。"包括一些非常复杂的诊断选项。"Automation Studio Target for Simulink有助于实现较高的产品质量，同时显著加快机器软件的开发速度。

在使用仿真工具时，开放的标准和接口对于所涉及的不同系统实现自由、无缝通信而言至关重要。能够使用现有的软件还可以节省宝贵的时间。贝加莱提供各层和各产品开放性。通过独立的工业标准功能模型接口（FMI），可以使用各种开发工具对模型进行交换和联合仿真。贝加莱提供了一种根据FMI 2.0标准导入功能模型单元（FMU）的机制。"FMU作为功能块无缝集成到Automation Studio中，"Zehetleitner解释道。

仿真工具可以用来测试所有已定义场景中的模型，并执行全面的虚拟诊断。在虚拟调试过程中执行的测试可以从简单的逻辑序列到复杂的关键场景, 以确保机器硬件和软件的整体效率和质量。使用数字孪生不仅大幅减少了调试实际机器所需要的时间，而且还最大限度地降低了出错的风险。

作者：Carola Schwankner，企业传播编辑，贝加莱