虚拟遇见现实

当您在没有进行全面测试的情况下就匆匆完成新机器的构造时，存在在调试之前忽视设计中基本缺陷的风险。到那时，对已完成机器的任何更改都是极其昂贵和费时的。这就是为什么有越来越多的机器制造商正在使用仿真模型——数字孪生——来快速、经济地测试和实施新机器设计的原因。

在设计新机器时，OEM厂商的一大主要关注点是如何尽快将其制造出来并上市。项目延迟、复杂化和原型失败都会迅速威胁到项目的经济可行性。使用机器开发和部署的常规方法已不再能够完成这项任务。而这恰恰是数字孪生发挥作用的地方。

数字孪生伴随着机器的整个生命周期——从概念规划到售后服务。它的开发、调整、改进和测试与真实机器同步进行。通过仿真可以及早发现任何设计缺陷或必要的更改，从而避免以构建物理原型为代价。

除了对机器的硬件和软件进行仿真之外，数字孪生还必须提供逼真的生产过程的实时表示。例如，对传送带上的产品运动进行仿真，有助于尽早发现潜在的碰撞。“仿真工具需要结合实际控制器来显示高速过程，”贝加莱仿真与数字孪生技术产品经理Isabella Laasch说道。“因此，除了性能强劲之外，它还必须提供实时能力。”

industrialPhysics完全满足这两个标准。借助集成的实时物理引擎，该软件可以对动态机器行为进行三维仿真。影响物料流的所有作用力都可以通过数字孪生进行测试。机器开发人员可以即时获得视觉反馈，以了解不同的机器组件组合会如何影响机器行为。不必要的停机也可以得到迅速识别和排除。

industrialPhysics使用机器的CAD数据生成数字孪生。开发人员只需以STEP格式导入此数据，即可快速轻松地创建数字孪生。然后，数字孪生可以用来测试不同的运动布置、组件配置和代码更改将如何影响机器。

贝加莱已将industrialPhysics集成到其Automation Studio工程环境中。“仿真工具和Automation Studio之间的直接链接意味着，开发人员能够在PC上以硬件在环或软件在环配置的方式运行机器的虚拟模型，并连接到控制器上，”Laasch说道。

为了使开发人员能够直接与仿真的机器进行交互而不受外界干扰，模型需以三维呈现。industrialPhysics提供在虚拟现实或增强现实头显中查看数字孪生的选项。开发人员可以在三维空间中体验设计的机器，甚至是四维的运动仿真。“借助VR头显设备，开发人员可以在仿真运行时评估生产过程。还可以连接到真实控制器或测试处理，”Laasch说道。

与VR头显不同，AR头显可以将数字孪生叠加在机器的真实环境上。这样就可以在计划和开发具有移动物体的机器时测试假设情景。信息可以从控制器中实时获取，并结合仿真一起查看。仅需几分钟即可将VR和AR系统轻松地集成到软件中。然后，industrialPhysics仿真模型就可以直接显示在VR或AR头显中，而不是PC屏幕上。

在开发完机器的硬件和软件，并对生产过程进行测试后，就该进行虚拟调试了。借助数字孪生，调试过程可以不断重复进行，直到所有一切达到最佳工作状态为止。只有在虚拟调试中一切进展顺利，才会构建第一个物理原型。“虚拟调试与真实调试相比非常便宜。因此，你可以使用数字孪生排除尽可能多的错误，并在构建和调试真实机器之前进行必要的原型迭代，”Laasch解释道。这对投资回报率会产生积极的影响。

然而，数字孪生的益处并不会随着调试而结束。工业物联网下的互联工厂会产生和处理大量运行数据。数字孪生可以很好地利用这些数据。“通过提供机器的实时数据，数字孪生可以像控制柜中机器的虚拟副本一样运行，”Laasch解释道。如果实际机器的行为与数字孪生的行为有所偏离——例如，由于轴承磨损——则会立即检测到差异。收集到的数据可用于预测性维护、故障报告或远程维护系统。

数字孪生在机器需要升级或扩展的时候也可以提供帮助。在操作过程中获得的洞见可以反馈回开发过程中。机器制造商可以使用仿真模型来测试计划的修改。这样可以最大限度地减少机器停机以实施更改所需的时间。