生產(chǎn)線數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真NXMCD緒論

概述——數(shù)字孿生與機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)

1目錄CONTENTS1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述1.2機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)（MCD）1.3MCD的技術(shù)優(yōu)勢(shì)1.4小結(jié)1.1.1數(shù)字孿生的概念1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述數(shù)字孿生（DigitalTwin，DT）又常被稱作數(shù)字化雙胞胎（DigitalTwins），是基于工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化的新概念，它的準(zhǔn)確表述還在發(fā)展與演變中，但其含義已在行業(yè)內(nèi)達(dá)成了基本共識(shí)，即：在數(shù)字虛體空間中，以數(shù)字化方式為物理對(duì)象創(chuàng)建虛擬模型，模擬物理空間中實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為特征，從而達(dá)到“虛—實(shí)”之間的精確映射，最終能夠在生產(chǎn)實(shí)踐中，從測(cè)試、開發(fā)、工藝及運(yùn)行維護(hù)等角度，打破現(xiàn)實(shí)與虛擬之間的藩籬，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的生產(chǎn)、管理、連接等高度數(shù)字化及模塊化的新技術(shù)。產(chǎn)品數(shù)字孿生：幫助用戶比以前更快地驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以獲得更佳、成本更低且更可靠的產(chǎn)品，并能更早地在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中根據(jù)所有關(guān)鍵屬性精確預(yù)測(cè)其性能；生產(chǎn)工藝數(shù)字孿生：能夠以虛擬方式設(shè)計(jì)和評(píng)估工藝方案，以迅速制定用于制造產(chǎn)品的最佳計(jì)劃。生產(chǎn)工藝流程中的“生產(chǎn)與物流數(shù)字化系統(tǒng)”可以對(duì)各種生產(chǎn)系統(tǒng)，包括工藝路徑，生產(chǎn)計(jì)劃和管理，通過仿真進(jìn)行優(yōu)化和分析，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)布局、資源利用率、產(chǎn)能和效率、物流和供需鏈

、不同大小訂單與混合產(chǎn)品生產(chǎn)的目標(biāo)

；它可以同步產(chǎn)品和制造需求，管理更加全面的流程驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)；性能數(shù)字孿生：為生產(chǎn)運(yùn)營和質(zhì)量管理提供了端到端的透明化，將車間的自動(dòng)化設(shè)備與產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)和企業(yè)管理領(lǐng)域的決策者緊密連接在一起。借助生產(chǎn)過程的全程透明化，決策者可以很容易地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與相關(guān)制造工藝中需要改進(jìn)的地方，并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)營調(diào)整，從而使生產(chǎn)更順暢，效率更高。

1.1.2西門子數(shù)字孿生技術(shù)的三個(gè)部分1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述

1.1.3數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)施工具

西門子提供的全

生命周期管理軟件（ProductLivecycleManagement，PLM）和全集成自動(dòng)化（TotallyIntegratedAutomationportal，TIA）軟件等能夠在統(tǒng)一的產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)據(jù)平臺(tái)（Teamcenter，TC）的協(xié)作下完成不同技術(shù)的集成，以實(shí)現(xiàn)不同人員的協(xié)作。供應(yīng)商也可以根據(jù)需要被納入平臺(tái)中，以實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈數(shù)據(jù)的整合。

1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述

產(chǎn)品生命周期管理PLM軟件：涉及產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即：從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)規(guī)劃和工程，直至實(shí)際生產(chǎn)和服務(wù)等。Teamcenter（TC）：

在西門子與其他制造商提供的軟件解決方案之間進(jìn)行管理和交換數(shù)據(jù)，將分布在不同位置的開發(fā)團(tuán)隊(duì)以及公司和供應(yīng)商連接在起來，從而形成統(tǒng)一的產(chǎn)品、過程、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)流通渠道。NX軟件：

是主要的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造/工程（CAD/CAM/CAE）等套件，可針對(duì)產(chǎn)品開發(fā)提供詳細(xì)的三維模型。機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)（MechatronicsConceptDesigner，MCD）是NX的一個(gè)套件，它為工程師虛擬創(chuàng)建、模擬和測(cè)試產(chǎn)品與生產(chǎn)所需的機(jī)器設(shè)備等提供仿真支持

。Tecnomatix軟件：

主要針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的虛擬設(shè)計(jì)和過程模擬。

常用的ProcessDesigner、ProcessSimulate與PlantSimulation等均是Tecnomatix包中的軟件，用于產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)、流水線與工廠的設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證。

1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述1.1.3數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)施工具

制造運(yùn)行管理軟件（ManufacturingOperationsManagement，MOM）：

不僅與控制、自動(dòng)化和業(yè)務(wù)層緊密結(jié)合，而且還與西門子產(chǎn)品生命周期管理軟件PLM相結(jié)合，讓自動(dòng)化與制造管理、企業(yè)管理、供應(yīng)鏈管理建立了無縫連接，使供應(yīng)鏈的變化迅速地反應(yīng)在制造中心，從而為“數(shù)字工廠”理念提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和產(chǎn)品管理基礎(chǔ)。。

西門子軟件SIMATICIT包含了一系列產(chǎn)品，專為生產(chǎn)運(yùn)營、管理，以及執(zhí)行人員提供更高的工廠信息可見性。這些產(chǎn)品的主要功能可描述為三個(gè)方面，即：提供數(shù)據(jù)集成與情景化、幫助利用信息做出盡可能的實(shí)時(shí)決策、分析信息等。其中，西門子SIMATICIT的制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）提供了一個(gè)較高層次的環(huán)境，為制造過程和操作流程提升各組件之間的協(xié)同工作能力提供了可行的軟件環(huán)境。

1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述1.1.3數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)施工具

博途TIA軟件:TIA是全集成自動(dòng)化（TotallyIntegratedAutomation）軟件TIAportal的簡(jiǎn)稱。它是采用統(tǒng)一的工程組態(tài)

和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，可在同一環(huán)境中組態(tài)西門子的所有可編程控制器、人機(jī)界面和驅(qū)動(dòng)裝置。在控制器、驅(qū)動(dòng)裝置和人機(jī)界面之間建立通信時(shí)共享任務(wù)，可大大降低連接和組態(tài)成本，幾乎適用于所有自動(dòng)化任務(wù)。借助全新的工程技術(shù)軟件平臺(tái)，用戶能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。1.1數(shù)字孿生技術(shù)概述1.1.3數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)施工具

在虛擬環(huán)境中對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行模擬調(diào)試，解決生產(chǎn)線的規(guī)劃、干涉、PLC邏輯控制等問題，當(dāng)完成上述模擬調(diào)試之后，再綜合加工設(shè)備、物流設(shè)備、智能工裝、控制系統(tǒng)等各種因素，才能全面評(píng)估建設(shè)生產(chǎn)線的可行性。在設(shè)計(jì)過程中，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、更改成本高的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分可采用虛擬設(shè)備，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行展示和模擬；易于構(gòu)建和修改的控制部分則用由PLC搭建的物理控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，由實(shí)物PLC控制系統(tǒng)生成控制信號(hào)，來控制虛擬環(huán)境中的機(jī)械對(duì)象以模擬整個(gè)