完美和谐

“整体大于它的各部分之和。”在智慧工厂和工业4.0时代，亚里士多德在古希腊时期提出的观点比以往任何时候都更符合事实。毕竟，一台机器不仅仅是由许多硬件和软件组件构成。只有当各个组成部分在一起和谐地协同工作时，整体才能发挥出真正的潜力。实现和保持这种和谐性是仿真可以发挥重要作用之所在。

仿真在构筑工厂和机械的过程中扮演着什么角色呢？“答案很简单，”贝加莱的仿真产品经理Isabella Laasch说道。“它是在机器生命周期中的每个阶段开启效率的关键。”

随着机器变得越来越复杂，其机械、电气和自动化组件之间的相互影响也变得越来越难以协调。在整个开发、调试及运行期间，需要对机器的行为进行测试和调整。在真实的物理系统上这么做既昂贵又耗时，或者在很多情况下根本不可能。

即使在其生命周期的第一阶段 – 开发 – 机器也会经历多个阶段。严重的缺陷可能会在此过程中的任何一点蔓延开来。“Rule of Ten”法则指出，对于缺陷未被发现的每一个开发阶段，纠正这些缺陷的成本会增加10倍。换言之：缺陷能够越早得到纠正，开发机器的速度就越快，成本也就越低。

任何在开发过程中未被发现的缺陷都会在调试原型时变得显而易见。“如果你一路调试下去，问题开始一个接一个地出现，那就是一场噩梦。”Laasch说道。“你不仅为构建原型付出了成本，而且还必须将宝贵的开发资源用于故障排除。”如果硬件损坏，还会产生额外的费用，以及等待备件带来的潜在延迟。在最坏的情况下，如果无法按时交付新机器，甚至还将可能招致合同罚款。

“因此，我们需要一种在机器生命周期中的每个阶段都可以使用机器的数字模型的方法，”Laasch说道。“而做到这一点的方法就是通过仿真。”当你在虚拟仿真环境中复制机器的每一个方面时，就创建了一个数字孪生。在数字孪生的帮助下，你可以很轻松地在开发过程中看到，稍后不同的组件将会如何交互，甚至可以通过虚拟调试验证整个机器的行为。

机器制造商可以选择各种各样的仿真工具。一些专门为机器硬件建模，而另一些则对物理过程进行仿真。贝加莱多年来通过与专门从事仿真的公司进行合作，已将多种工具集成到了其自动化系统中。

“得益于MathWorks、Maplesoft、machineering和ISG等合作伙伴，我们有能力提供广泛的仿真选项，并为每个应用提供合适的解决方案，”Laasch解释道。“这里最重要的是，我们的客户可以自由地选择最适合他们机器的仿真工具。而无论他们选择什么仿真工具，他们都知道它将与贝加莱核心开发环境无缝协作。”

例如，使用Maplesoft和MathWorks的仿真软件可以轻松地创建机器组件的详细模型，并对设计和选型所需的扭矩和其它力进行仿真。这样可以轻松地对各类不同的负载条件进行仿真，并在物理系统上执行测试，否则这将花费数小时，并占用大量资源。而采用物理测试，还存在过载和损坏贵重硬件的风险。另一方面，你可以在仿真中一目了然地看到机器是否可以处理给定的负载。

在过程仿真方面，来自machineering和ISG的工具可以发挥重要作用。它们可以以3D形式显示整个机器的动态行为。使用数字孪生可以实时测试影响物料流的所有动态因素。机器制造商可以立即获得有关系统行为如何受到不同的机器组件组合影响的视觉反馈。还可以及早发现可能导致停机的一些问题。

即使在完成了机器的开发和部署之后，数字孪生带来的附加价值仍未结束。在控制柜中，它继续作为机器的虚拟拷贝运行，从而可以使用实时操作数据精确地预测机器组件的运行状况和剩余使用寿命。“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 – 则会立即检测到这种差异，”Laasch解释道。收集的数据可用于预测性维护、故障记录、远程维护系统等。

拥有机器的数字副本还为培训机器操作员和技术服务人员开启了新的可能性。在实际到达现场之前就能够使用HMI或机器本身可以大大缩短他们的学习曲线。

数字孪生另一大日益流行的用途是在数字展厅中，OEM厂商可以随时向潜在客户展示新机器，甚至在活动和展会以外。在增强现实头显的帮助下，观众可以在逼真的环境中体验数字机器。在规划和开发过程中，可以探索各种类型的“假设”场景，以便提供各种见解，而这没有任何风险。

“数字孪生伴随着机器的整个生命周期，”Laasch说道。“而它还跨越了机器代际，作为未来升级和改进的基础。”机器制造商可以应用在操作过程中获得的见解来优化系统，从而使用仿真模型来安全地测试任何计划的修改。这最大限度地减少了实施升级时的停机时间，并加快了下一代机器的开发。

作者： Carola Schwankner，企业传播编辑，贝加莱