《智能装备数字化仿真与调试》课件-1.1 数字孪生技术概述

生产线数字化设计与仿真NXMCD绪论

概述——数字孪生与机电一体化概念设计

1目录CONTENTS1.1数字孪生技术概述1.2机电一体化概念设计（MCD）1.3MCD的技术优势1.4小结1.1.1数字孪生的概念1.1数字孪生技术概述数字孪生（DigitalTwin，DT）又常被称作数字化双胞胎（DigitalTwins），是基于工业生产数字化的新概念，它的准确表述还在发展与演变中，但其含义已在行业内达成了基本共识，即：在数字虚体空间中，以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟物理空间中实体在现实环境中的行为特征，从而达到“虚—实”之间的精确映射，最终能够在生产实践中，从测试、开发、工艺及运行维护等角度，打破现实与虚拟之间的藩篱，实现产品全生命周期内的生产、管理、连接等高度数字化及模块化的新技术。产品数字孪生：帮助用户比以前更快地驱动产品设计，以获得更佳、成本更低且更可靠的产品，并能更早地在整个产品生命周期中根据所有关键属性精确预测其性能；生产工艺数字孪生：能够以虚拟方式设计和评估工艺方案，以迅速制定用于制造产品的最佳计划。生产工艺流程中的“生产与物流数字化系统”可以对各种生产系统，包括工艺路径，生产计划和管理，通过仿真进行优化和分析，以达到优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链

、不同大小订单与混合产品生产的目标

；它可以同步产品和制造需求，管理更加全面的流程驱动型设计；性能数字孪生：为生产运营和质量管理提供了端到端的透明化，将车间的自动化设备与产品开发、生产工艺设计及生产和企业管理领域的决策者紧密连接在一起。借助生产过程的全程透明化，决策者可以很容易地发现产品设计与相关制造工艺中需要改进的地方，并进行相应的运营调整，从而使生产更顺畅，效率更高。

1.1.2西门子数字孪生技术的三个部分1.1数字孪生技术概述

1.1.3数字孪生技术的实施工具

西门子提供的全

生命周期管理软件（ProductLivecycleManagement，PLM）和全集成自动化（TotallyIntegratedAutomationportal，TIA）软件等能够在统一的产品全生命周期管理数据平台（Teamcenter，TC）的协作下完成不同技术的集成，以实现不同人员的协作。供应商也可以根据需要被纳入平台中，以实现价值链数据的整合。

1.1数字孪生技术概述

产品生命周期管理PLM软件：涉及产品开发和生产的各个环节，即：从产品设计到生产规划和工程，直至实际生产和服务等。Teamcenter（TC）：

在西门子与其他制造商提供的软件解决方案之间进行管理和交换数据，将分布在不同位置的开发团队以及公司和供应商连接在起来，从而形成统一的产品、过程、生产等数据流通渠道。NX软件：

是主要的计算机辅助设计/制造/工程（CAD/CAM/CAE）等套件，可针对产品开发提供详细的三维模型。机电一体化概念设计（MechatronicsConceptDesigner，MCD）是NX的一个套件，它为工程师虚拟创建、模拟和测试产品与生产所需的机器设备等提供仿真支持

。Tecnomatix软件：

主要针对整个生产的虚拟设计和过程模拟。

常用的ProcessDesigner、ProcessSimulate与PlantSimulation等均是Tecnomatix包中的软件，用于产品工艺设计、流水线与工厂的设计与仿真验证。

1.1数字孪生技术概述1.1.3数字孪生技术的实施工具

制造运行管理软件（ManufacturingOperationsManagement，MOM）：

不仅与控制、自动化和业务层紧密结合，而且还与西门子产品生命周期管理软件PLM相结合，让自动化与制造管理、企业管理、供应链管理建立了无缝连接，使供应链的变化迅速地反应在制造中心，从而为“数字工厂”理念提供了坚实的技术和产品管理基础。。

西门子软件SIMATICIT包含了一系列产品，专为生产运营、管理，以及执行人员提供更高的工厂信息可见性。这些产品的主要功能可描述为三个方面，即：提供数据集成与情景化、帮助利用信息做出尽可能的实时决策、分析信息等。其中，西门子SIMATICIT的制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem，MES）提供了一个较高层次的环境，为制造过程和操作流程提升各组件之间的协同工作能力提供了可行的软件环境。

1.1数字孪生技术概述1.1.3数字孪生技术的实施工具

博途TIA软件:TIA是全集成自动化（TotallyIntegratedAutomation）软件TIAportal的简称。它是采用统一的工程组态

和软件项目环境的自动化软件，可在同一环境中组态西门子的所有可编程控制器、人机界面和驱动装置。在控制器、驱动装置和人机界面之间建立通信时共享任务，可大大降低连接和组态成本，几乎适用于所有自动化任务。借助全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。1.1数字孪生技术概述1.1.3数字孪生技术的实施工具

在虚拟环境中对生产线进行模拟调试，解决生产线的规划、干涉、PLC逻辑控制等问题，当完成上述模拟调试之后，再综合加工设备、物流设备、智能工装、控制系统等各种因素，才能全面评估建设生产线的可行性。在设计过程中，生产周期长、更改成本高的机械结构部分可采用虚拟设备，在虚拟环境中进行展示和模拟；易于构建和修改的控制部分则用由PLC搭建的物理控制系统来实现，由实物PLC控制系统生成控制信号，来控制虚拟环境中的机械对象以模拟整个