数字化双胞胎虚拟调试技术综述

姜子轩

伴随着全球进入高技术制造水平时代，我国应对新一轮科学技术革命和顺应自身制造业转型升级提出“中国制造2025”战略，加强推动传统行业技术改造，促进产业结构调整优化，提升智能制造水平，发展虚拟调试技术。以数字孪生理念为支撑的机电一体化系统工程时代已经到来并广泛应用于工程领域，如图所示。在产品设计中，虚拟调试技术发挥着重要的作用，有效的提供了产品概念设计的控制方案。

虚拟调试技术在工业领域的应用在近些年在欧洲发达国家已经普及，而国内目前这项技术主要集中在制造行业。传统的自动化技术由于较长的现场调试时间带来了生产损失，推迟了新品的上市时间，虚拟调试技术解决了这一难题。通过虚拟调试技术来建立模型，模拟真实的系统，以用于测试和验证产品设计的合理性，能够提高机械制造行业的生产效率，减少生产成本。这引起了各国政府有关部门和技术专家们的高度重视。

姜子轩

通常设备开发是循序渐进的，机械设计、电气设计和自动化依次进行。如果在开发过程中的任何地方出现了错误而没有被检测到，那么每个开发阶段的错误成本将大大增加，未检测到的错误可能会在调试期间造成设备重大的损坏。如果机器后期需要升级优化，就必须找到理想的停机时间，将停机时间降到最低。虚拟调试就是构建设备的数字化双胞胎，基于新设备的数字化双胞胎，机械设计、电气设计和自动化工程可以并行进行，通过模拟和测试可以在早期阶段就发现故障点，这样可以使现场的调试速度更快，风险更低。同时缩短上市时间，降低成本，提高灵活性和生产力，如图所示为虚拟调试阶段流程，帮助企业对产品做出更有效率的决策。

通过将建模，机电概念设计，设计和优化控制集成到虚拟调试技术中，建立虚拟与仿真调试系统，实现控制系统配套集成，实现生产自动化，提高了生产质量与生产效率；改进了性能指标，设计出强大的仿真和调试系统来识别设备状态，以确保在设备故障时保持稳定和安全的控制性能。设计人员可以在系统设计阶段就设备硬件结构的合理性以及控制软件的可靠性进行虚拟调试验证。通过全集成的自动化方案，可以使用开放性接口来模拟与其它组件的信息交互，从控制器到一台单独的机器，再到整条生产线，虚拟调试解决方案允许机器制造商和工厂操作员在模拟的帮助下快速、可靠地验证各种问题。

非寒

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