机器人自动化集成系统设计(NX MCD) 课件 第2章 数字孪生技术.ppt

**2.3虚拟调试与产品调试模式相比，加入虚拟调试环节的产品调试模式在产品测试过程中能够有效节约设备调试时间，降低产品调试环节的生产资料成本和人力成本，使得制造产品以较短的设计制造周期优势抢占更大的市场份额，如图2-13所示。图2-13产品调试模式对比示意图2.3.1概述通过仿真及并行工程设计可提高机器实施效率。此举旨在实现提升上市速度，以及避免高成本的重复劳动。随着软件复杂度的攀升及模块化软件组件组合数量的增长，在物理机上开展综合测试的难度越来越大，耗时也越来越长，终将演变成为一项无法完成的任务。在部署物理生产线之前，根据仿真模型通过软件进行虚拟调试，验证是否存在错误并证实是否满足需求变得至关重要。仿真使虚拟调试逐渐成为现实。2.3虚拟调试2.3.1.1从现场调试到虚拟调试数字化是工业领域发展的新阶段，随着大量数字化技术与自动化技术快速融合交汇，机械、电气和自动化控制有机结合，展现出蓬勃发展的强大生命力。利用虚拟调试技术极大地缩短调试时间，利用统一的数字化平台使参与各个调试环节的工程师可以有效沟通和协作，再加上制造数据的大量采集分析，数字化为制造业领域带来诸多优势和价值。

长久以来，对于机械设备的调试，都是在设备已经完成电气安装后进行的。对于调试工程师，由于紧张的调试时间和前期测试手段的不足，以及项目的工期要求，无论调试时间、调试质量还是调试难度，都是一项巨大的挑战。一般设备就绪都需要较长的时间，而且直接在实际设备上进行测试也会存在非常大的安全和成本风险。2.3.1.1从现场调试到虚拟调试随着虚拟调试技术的出现及发展，工程师们可以在设备就绪前采用虚拟调试技术，利用建立的软件模型进行功能测试验证程序的各种相关功能，而无需担心设备的损坏。采用虚拟调试技术可以大大提高调试效率，如图2-14所示。

图2-14仿真模拟下的虚拟调试2.3.1.1从现场调试到虚拟调试虚拟调试的作用主要有：①测试没有机器损坏风险（如碰撞），对操作者没有健康风险；②调试可以与机器生产并行进行，能够缩短上市时间；③无需机器、空间、能源、操作员、润滑油等成本；④故障也可以测试，如传感器故障、错误操作；⑤尽可能优化，从而保证最佳的生产率和可靠性；⑥无缝数据流减少了模型创建工作量。2.3.1.2虚拟调试实现虚拟调试就是在虚拟环境（计算机）下完成和现实环境中一样的事件操作，如图2-15所示。基于传统PLC的自动化技术，由于较长的现场调试时间带来了生产的损失，也推迟了新品的上市时间。虚拟调试技术的出现恰好解决了这一技术难题，通过虚拟技术创建物理制造环境的数字复制品，用于测试和验证产品设计的合理性。可以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、传感器、相机等单元。图2-15虚拟调试集成环境虚拟调试软件虚拟调试需要借助一些必要的软件平台：以西门子为例，对于PLC可以使用S7-PLCSIM（PLC仿真器）或S7-PLCSIMAdvanced（PLC仿真器高级版）作为仿真平台，同时对机械模型的仿真需要使用NX（西门子的CAD软件）MCD（机电一体化概念设计）。

NXMCD作为NX软件的一个功能模块，可以进行实时的机械3D模型仿真。NXMCD与PLC仿真软件（如PLCSIM或PLCSIMAdvanced）及机器人虚拟控制器（VRC）进行集成互连，实现所有的运动控制功能在控制器层面和3D机电模型之间进行仿真和测试。S7-PLCSIMAdvanced提供了应用程序接口（API），可以和NX软件进行机电一体化概念设计下的联合虚拟调试。通过这些软件配合，可以进行机器运行多种功能或控制逻辑的仿真测试，如图2-16所示。虚拟调试软件通过这些软件配合，可以进行机器运行多种功能或控制逻辑的仿真测试，如图2-16所示。图2-16不同级别的虚拟调试基本流程设备虚拟调试的基本流程如下：①设计3D机械模型。②PLC程序仿真。③配置仿真PLC和NXMCD之间的通信。④验证机械模型的运行。基本流程需要真实机器的数字模型执行虚拟调试运行，3D模型可以被指定为实际机器的数字孪生，如图2-17所示，包括以下3个部分：①机器的物理和机械3D模型，使用NXMCD功能模块进行定义和配置；②机器的行为模型，通过SIMIT软件进行处理；③机器的自动控制模型，利用PLCSIMAdvanced软件功能实现控制器仿真。图2-17机器的数字模型从仿真到虚拟调试如图2-18所示，虚拟调试是基于事件的仿真，仿真是基于虚拟的事件，包括事件因素、来源等。控制层面，包括HMI、控制器；执行层面，包括传感器、执行器；以及整台设备，整个产线甚