機(jī)器人自動(dòng)化集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)(NX MCD) 課件 第4章 基于數(shù)字孿生的自動(dòng)化集成技術(shù)

第4章

基于數(shù)字孿生的自動(dòng)化集成技術(shù)

4.1多元集成4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4.1.2控制集成4.1.3數(shù)據(jù)集成4.2分級(jí)設(shè)計(jì)4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.2制造工藝過程仿真4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.3物聯(lián)交互4.3.1機(jī)器互聯(lián)4.3.2

IT與OT融合4.3.3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)隨著制造業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)正在向智能化、集成化方向發(fā)展。在生產(chǎn)過程中使用的具有數(shù)字控制功能的設(shè)備或儀器，如工業(yè)機(jī)器人、PLC、數(shù)控機(jī)床、智能儀表、智能控制器與執(zhí)行器等，為企業(yè)生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量的提高發(fā)揮了重要作用。自動(dòng)化集成既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與組合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。當(dāng)前，全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展如火如荼，為數(shù)字孿生提供了良好孵化床，各種應(yīng)用場(chǎng)景加速落地，應(yīng)用領(lǐng)域范圍不斷拓寬。在工業(yè)自動(dòng)化集成技術(shù)中結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，可將自動(dòng)化集成系統(tǒng)中的硬件和軟件有機(jī)地聯(lián)系起來，使系統(tǒng)性能更優(yōu)，功能更強(qiáng)。多元集成4.1多元集成ABC4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4.1.2控制集成4.1.3數(shù)據(jù)集成4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)是運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，以達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全為目標(biāo)的集成系統(tǒng)，如圖4-1所示。工業(yè)自動(dòng)化是現(xiàn)代先進(jìn)工業(yè)科學(xué)的核心技術(shù)，是工業(yè)現(xiàn)代化的物質(zhì)基石和重要標(biāo)志。圖4-1工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4.1.1.1系統(tǒng)工程“工業(yè)4.0”讓工程設(shè)計(jì)的地位發(fā)生了改變，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的、有著集成服務(wù)的機(jī)電一體化設(shè)備涉及的是極其復(fù)雜的系統(tǒng)間的聯(lián)合。這一系統(tǒng)不能通過現(xiàn)有的機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的排列組合來開發(fā)，它需要的是系統(tǒng)工程。每一臺(tái)機(jī)器、每一個(gè)處理中心、每一個(gè)電機(jī)都具有一定的復(fù)雜性，這一復(fù)雜性唯有通過系統(tǒng)工程才能實(shí)現(xiàn)。這一方法不看新產(chǎn)品的單個(gè)組成部分，而是將組成部分組裝在一起并進(jìn)行測(cè)試。換句話說，整體系統(tǒng)才是這一方法的著眼點(diǎn)。工程學(xué)科必須進(jìn)行整合并構(gòu)造出一個(gè)共同的系統(tǒng)模式。4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4.1.1.2工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)組成1自動(dòng)化設(shè)備2儀器儀表與測(cè)量設(shè)備3傳動(dòng)設(shè)備4計(jì)算機(jī)硬件5自動(dòng)化軟件6通信網(wǎng)絡(luò)4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4.1.1.3自動(dòng)化系統(tǒng)集成自動(dòng)化系統(tǒng)集成技術(shù)包括使工廠和系統(tǒng)能夠自動(dòng)運(yùn)行的所有過程和工作設(shè)備。自動(dòng)化的目標(biāo)是使工廠和機(jī)器能夠以低錯(cuò)誤率和高效率自動(dòng)執(zhí)行工作流。自動(dòng)化程度越高，人類需要控制過程的干預(yù)就越少。自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化系統(tǒng)使人們沒有必要從事危險(xiǎn)和體力消耗大的活動(dòng)，機(jī)器可以做繁重的日常工作。機(jī)器以高性能水平連續(xù)運(yùn)行，速度大大超過手動(dòng)過程。此外，自動(dòng)化還提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并降低了人員成本。采用自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域：自動(dòng)化系統(tǒng)集成技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)幾乎出現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域。沒有自動(dòng)化，生活幾乎是不可想象的。生產(chǎn)環(huán)境的自動(dòng)化是一個(gè)特別重要的應(yīng)用領(lǐng)域。包括汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電氣工業(yè)和飛機(jī)制造業(yè)等，這些行業(yè)對(duì)智能自動(dòng)化設(shè)備的需求持續(xù)增長(zhǎng)。4.1.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)4.1.1.3自動(dòng)化系統(tǒng)集成自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能實(shí)現(xiàn)：每個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成技術(shù)子系統(tǒng)都包含幾個(gè)特殊組件。①測(cè)量通常在傳感器的幫助下進(jìn)行。②自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字控制是利用PLC實(shí)現(xiàn)的。③調(diào)整包括持續(xù)測(cè)量相關(guān)參數(shù)，并將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較。④自動(dòng)化系統(tǒng)集成技術(shù)具有復(fù)雜的通信系統(tǒng)。通過人機(jī)界面進(jìn)行操作和監(jiān)控：自動(dòng)化系統(tǒng)的用戶可以通過人機(jī)界面（HMI）進(jìn)行交互?；谲浖目梢暬峭ㄟ^操作終端來執(zhí)行的，操作員可以通過開放的標(biāo)準(zhǔn)化界面將現(xiàn)代人機(jī)界面技術(shù)集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中。使用自動(dòng)化系統(tǒng)的安全要求：任何自動(dòng)化系統(tǒng)的故障，都會(huì)帶來安全隱患。因此，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可靠運(yùn)行有嚴(yán)格要求。4.1.2控制集成自動(dòng)化集成控制是將通信、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)化三大技術(shù)組合在一起的有機(jī)整體。集成控制的含義是通過某種網(wǎng)絡(luò)將其中需要連接的智能設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，使之成為一個(gè)整體，使其內(nèi)部信息實(shí)現(xiàn)集成及交互，進(jìn)而達(dá)到控制的目的。4.1.2控制集成4.1.2.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備與設(shè)施被自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，構(gòu)成了工業(yè)最基礎(chǔ)的工業(yè)制造過程。同時(shí)，整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)組織、調(diào)度指揮和經(jīng)營(yíng)管理也逐步由計(jì)算機(jī)信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。工業(yè)自動(dòng)化與企業(yè)信息化推動(dòng)著工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。從自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用的角度來看，工業(yè)可分為兩大類：一大類是制造業(yè)，如飛機(jī)、汽車等制造工業(yè)；另一大類是過程工業(yè)，如石油、化工等。制造業(yè)的制造過程是一個(gè)離散過程，與此相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)這些非連續(xù)對(duì)象的控制，稱為離散控制，一般離散控制采用PLC。過程工業(yè)，也稱為流程工業(yè)，要保證這些工業(yè)過程的正常運(yùn)行，安全穩(wěn)定、源源不斷地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，必須對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行自動(dòng)控制，此類系統(tǒng)稱作過程控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)進(jìn)行的是對(duì)連續(xù)量的控制，稱為連續(xù)控制，一般連續(xù)控制采用DCS。4.1.2控制集成4.1.2.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)控制實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用，并不是將制造業(yè)和過程工業(yè)嚴(yán)格分開，在許多工業(yè)企業(yè)里，甚至在同一條生產(chǎn)線上，都可能包含了兩種類型的工業(yè)控制，涉及了DCS和PLC兩類控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)是對(duì)企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)制造產(chǎn)品的過程完全是在控制系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和智能化。從這個(gè)意義上講，工業(yè)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)的最基礎(chǔ)系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)主要分兩層：①現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層②自動(dòng)化系統(tǒng)控制層4.1.2控制集成4.1.2.1工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)控制在制造業(yè)自動(dòng)控制中涉及的被控參數(shù)主要是機(jī)械量和運(yùn)動(dòng)量，包括轉(zhuǎn)速、線速度、加速度、位移量、長(zhǎng)度、角度、力、力矩等及相關(guān)的電壓、電流、電功率等各種電參數(shù)。制造業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要控制那些運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，如電機(jī)、線性電機(jī)、液壓馬達(dá)、液壓油缸、氣動(dòng)馬達(dá)、氣動(dòng)缸及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。主要的監(jiān)控點(diǎn)是開關(guān)量、數(shù)字輸入和數(shù)字輸出量。過程控制的特點(diǎn)是必須嚴(yán)格控制原料在被處理過程中的過程參數(shù)，也稱為工藝參數(shù)，只有工藝參數(shù)保證了，才能使工業(yè)過程源源不斷地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。工藝參數(shù)主要有溫度、壓力、流量和物位（液位）等。不同的工業(yè)過程有不同的工藝參數(shù)。這些工藝參數(shù)大都是連續(xù)變化的，稱為模擬量，如溫度變化。對(duì)于模擬量的控制，從控制原理講，與對(duì)離散量的控制有著根本的不同，過程工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)是以連續(xù)量控制為主的系統(tǒng)。工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，必須具備特定的品質(zhì)指標(biāo)，自動(dòng)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，必須穩(wěn)定地達(dá)到控制的要求值，而且必須快速達(dá)到這一要求值，即穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求。工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)決定著工業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)，是工業(yè)制造的靈魂。4.1.2控制集成4.1.2.2集成控制系統(tǒng)集成控制的內(nèi)涵有設(shè)備的集成和信息的集成兩種。設(shè)備的集成是通過網(wǎng)絡(luò)將各種具有獨(dú)立控制功能的設(shè)備組合成一個(gè)有機(jī)的整體，這個(gè)整體是一個(gè)既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)，而且還可以根據(jù)生產(chǎn)需求的不同而進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)的集成控制系統(tǒng)。信息的集成是運(yùn)用功能塊、模塊化的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)調(diào)配、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集處理、質(zhì)量控制等功能，構(gòu)成包含獨(dú)立控制等處理功能在內(nèi)的基本功能模塊，各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)規(guī)范互聯(lián)，構(gòu)造功能單元時(shí)采用特定的控制模式和調(diào)度策略，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集成控制。構(gòu)建集成控制系統(tǒng)需要的條件如下：（1）異構(gòu)性（2）復(fù)雜性（3）高柔性（4）交互性和實(shí)時(shí)性（5）自治性4.1.2控制集成4.1.2.3基于數(shù)字孿生的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是裝備的大腦，控制功能和控制策略的正確性直接影響到裝備的功能與性能?；跀?shù)字孿生，可對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制功能和性能的調(diào)試優(yōu)化及基于虛實(shí)映射豐富數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)決策能力提供多維度支持。在設(shè)計(jì)開發(fā)階段，通過虛擬模型仿真調(diào)試實(shí)現(xiàn)控制功能的完整性校驗(yàn)和控制算法的選擇優(yōu)化，同時(shí)迭代改進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；在樣機(jī)調(diào)試階段，通過虛實(shí)映射，對(duì)實(shí)際控制效果進(jìn)行評(píng)估，改進(jìn)控制系統(tǒng)和物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)；在運(yùn)行維護(hù)階段，對(duì)物理樣機(jī)和加工對(duì)象的狀態(tài)全面感知，滿足實(shí)時(shí)自主決策控制中對(duì)物理實(shí)體實(shí)時(shí)狀態(tài)和歷史狀態(tài)真實(shí)反饋的需要。借助數(shù)字孿生技術(shù)，達(dá)到控制系統(tǒng)控制精準(zhǔn)、算法高效、運(yùn)行可靠、成本經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。4.1.2控制集成4.1.2.3基于數(shù)字孿生的控制系統(tǒng)①基于數(shù)字孿生的控制優(yōu)勢(shì)如下：a．在設(shè)計(jì)階段，基于數(shù)字孿生虛實(shí)同步對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配，使控制系統(tǒng)和物理裝備更早地融合匹配，減輕實(shí)機(jī)調(diào)試的負(fù)擔(dān)。b．在調(diào)試階段，促進(jìn)控制系統(tǒng)和設(shè)備全面匹配，改進(jìn)設(shè)計(jì)缺陷，降低設(shè)計(jì)冗余。c．在運(yùn)行階段，控制反饋信息不再是相對(duì)獨(dú)立的參數(shù)，而是數(shù)字孿生呈現(xiàn)的物理實(shí)時(shí)狀態(tài)，可對(duì)算法自主決策提供客觀、有效的數(shù)據(jù)支持。②基于數(shù)字孿生的控制，研究控制系統(tǒng)全新的設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行使用模式，需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行突破：a．接口交互。b．控制仿真c．自主決策4.1.3數(shù)據(jù)集成智能工廠的建設(shè)前提是數(shù)字化工廠中從頂層到底層的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)貫通，將數(shù)字信息結(jié)合人工智能的算法，深度挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵，才能逐步形成智能化的應(yīng)用。全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是通向智能制造的必由之路，數(shù)據(jù)是智能化的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的應(yīng)用關(guān)系到數(shù)字化工廠的質(zhì)量、效率和效益，也是邁向智能制造的必經(jīng)之路。4.1.3數(shù)據(jù)集成4.1.3.1數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)數(shù)字化工廠的基本特點(diǎn)是業(yè)務(wù)流與信息流的融合。一是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)（TC）、資源配置（ERP）、制造執(zhí)行（MES）、質(zhì)量管控（QMS）及底層生產(chǎn)線的業(yè)務(wù)流全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的格式實(shí)現(xiàn)和傳遞；二是從產(chǎn)品生產(chǎn)過程中生成并采集上來的各種數(shù)據(jù)可以回傳歸集，在管理平臺(tái)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成質(zhì)量預(yù)警、管理問題的依據(jù)，用數(shù)據(jù)形成質(zhì)量提升和管理改善的驅(qū)動(dòng)力。以此為出發(fā)點(diǎn)，數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)應(yīng)用的架構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)4.1.3數(shù)據(jù)集成4.1.3.2數(shù)據(jù)貫通設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的貫通包含企業(yè)層級(jí)的信息化平臺(tái)之間數(shù)據(jù)的互通，同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向生產(chǎn)線執(zhí)行工位傳遞的數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)識(shí)別，不需二次轉(zhuǎn)化。企業(yè)信息化平臺(tái)數(shù)據(jù)互通：企業(yè)制造環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)源頭是以產(chǎn)品構(gòu)型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形成的工藝設(shè)計(jì)，質(zhì)檢策劃要基于工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)信息的策劃。在TC平臺(tái)中工藝設(shè)計(jì)和質(zhì)檢策劃數(shù)據(jù)包含工藝流程、物料、工藝文件、檢驗(yàn)要求等信息，以此為依據(jù)向ERP、MES、WMS、QMS等系統(tǒng)傳輸一整套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，作為指導(dǎo)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)流上下傳送時(shí)，同一數(shù)據(jù)的共享和利用。作為企業(yè)的整體信息平臺(tái)，企業(yè)數(shù)據(jù)總線要將各系統(tǒng)連接起來，如圖4-3所示。圖4-3企業(yè)信息化平臺(tái)數(shù)據(jù)互通4.1.3數(shù)據(jù)集成4.1.3.2數(shù)據(jù)貫通設(shè)計(jì)生產(chǎn)線執(zhí)行數(shù)據(jù)與企業(yè)信息平臺(tái)的互通：生產(chǎn)線執(zhí)行工位需要以工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在企業(yè)信息化平臺(tái)一次設(shè)計(jì)后，經(jīng)過審核及版本管理，作為根本依據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)和制造過程，同時(shí)規(guī)范體系管理的執(zhí)行。其中，生產(chǎn)線與企業(yè)信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)貫通需按類梳理接口數(shù)據(jù)，如圖4-4所示。圖4-4工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與執(zhí)行工位數(shù)據(jù)聯(lián)通4.1.3數(shù)據(jù)集成4.1.3.3數(shù)字化建設(shè)在推進(jìn)數(shù)字化產(chǎn)線建設(shè)、探索智能制造模式的過程中要注意：（1）基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集難度大（3）系統(tǒng)平臺(tái)功能劃分和數(shù)據(jù)接口宜提前規(guī)劃隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，尤其是AI、5G技術(shù)的成熟應(yīng)用，在“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略和人口紅利消退的時(shí)代背景下，數(shù)字化工廠的建設(shè)已成為實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型、提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。4.2分級(jí)設(shè)計(jì)24.2.2制造工藝過程仿真34.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真14.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生數(shù)字孿生以數(shù)字化方式創(chuàng)建一個(gè)物理對(duì)象，借助數(shù)據(jù)模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，對(duì)產(chǎn)品、制造過程乃至整個(gè)工廠進(jìn)行虛擬仿真，從而提高制造企業(yè)設(shè)備研發(fā)、制造的生產(chǎn)效率。數(shù)字孿生面向產(chǎn)品全生命周期，為解決物理世界與信息世界的交互與共融提供有效的解決途徑，如圖4-5所示。圖4-5制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1.1設(shè)備層傳統(tǒng)的單機(jī)設(shè)備制造流程為：方案布局→機(jī)械設(shè)計(jì)→程序/電氣/軟件設(shè)計(jì)→現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試→交付使用。數(shù)字孿生的應(yīng)用是在設(shè)計(jì)階段創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字化的虛擬樣機(jī)，將機(jī)械、程序、電氣、軟件進(jìn)行同步設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證制造過程。發(fā)現(xiàn)問題后只需要在模型中進(jìn)行修正即可。在虛擬調(diào)試完成后，使虛擬樣機(jī)完整地映射到實(shí)際設(shè)備中，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，縮短研發(fā)周期。虛擬樣機(jī)的創(chuàng)建方法如下：①創(chuàng)建數(shù)字模型。②設(shè)置虛擬信號(hào)③信號(hào)連接④虛擬調(diào)試3D模型只靜態(tài)展示設(shè)備的時(shí)代即將過去。有了數(shù)字孿生，在前期就可以識(shí)別異常功能，從而在沒有生產(chǎn)的時(shí)候，就已消除設(shè)備缺陷，提高質(zhì)量。4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1.2產(chǎn)線層產(chǎn)線設(shè)計(jì)中最難也最耗時(shí)的是驗(yàn)證階段，因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)由多個(gè)工序構(gòu)成，每個(gè)工序輸送系統(tǒng)的速度、加速度、間距等參數(shù)必須在負(fù)載下進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證其是否可行。而這個(gè)過程在傳統(tǒng)意義上來說，需要實(shí)際物理裝置裝配好后才能進(jìn)行。利用生產(chǎn)線的數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，模擬整個(gè)工藝流程、所有的機(jī)臺(tái)協(xié)作之間是否按照原來設(shè)計(jì)的動(dòng)作進(jìn)行，通過將物理產(chǎn)線在數(shù)字空間進(jìn)行復(fù)制，可以提前對(duì)安裝、測(cè)試的工藝進(jìn)行仿真。為滿足個(gè)性化、定制化的需求，還要求生產(chǎn)線具有高度的柔性化、智能化，新產(chǎn)品能否在現(xiàn)有的產(chǎn)線中加工，生產(chǎn)過程是否會(huì)出現(xiàn)異常，需要進(jìn)行首件測(cè)試，在測(cè)試過程中還需進(jìn)行零件換型，整個(gè)過程周期長(zhǎng)、效率低。利用數(shù)字孿生切換到離線模式，讓PLC程序單獨(dú)驅(qū)動(dòng)虛擬生產(chǎn)線運(yùn)行，在虛擬環(huán)境中提前驗(yàn)證新產(chǎn)品生產(chǎn)可行性及可能出現(xiàn)的問題，優(yōu)化控制程序，修改換型零件。完成虛擬調(diào)試驗(yàn)證后，同步進(jìn)行現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)線的調(diào)整，讓數(shù)字孿生切換回在線模式，快速實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品、新工藝柔性生產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)行。4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1.2產(chǎn)線層要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線層數(shù)字孿生，需要完成以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①基于設(shè)備的數(shù)字孿生模型，將各個(gè)機(jī)臺(tái)模型統(tǒng)一集中在同一虛擬空間。②模型在虛擬空間的運(yùn)動(dòng)模式需實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)控制。③控制設(shè)備運(yùn)行的PLC如果存在多個(gè)品牌，需要開發(fā)通用通信接口。④網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力。4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1.3工廠層在設(shè)備層和產(chǎn)線層的基礎(chǔ)上，建立工廠層的數(shù)字孿生，將物流的控制系統(tǒng)全部集成起來，形成計(jì)劃、質(zhì)量、物料、人員、設(shè)備的數(shù)字化管理。物料的管理主要包括出庫(kù)、入庫(kù)、盤點(diǎn)，物料的編號(hào)、數(shù)量可以在數(shù)字孿生平臺(tái)中直觀查看，建立真正意義上的數(shù)字化工廠。數(shù)字化工廠結(jié)合MES系統(tǒng)，采集MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)虛擬的物料和AGV移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與物理世界的同步運(yùn)行。工廠層數(shù)字孿生一定是建立在產(chǎn)線層數(shù)字孿生的基礎(chǔ)上的，通過與MES/ERP的數(shù)據(jù)通信，加入智能倉(cāng)儲(chǔ)模型和AGV模型在工廠的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的建立，讓虛擬工廠進(jìn)入漫游模式，實(shí)時(shí)顯示物流系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。4.2.1制造系統(tǒng)數(shù)字孿生4.2.1.3工廠層數(shù)字孿生技術(shù)在智能裝備制造中的應(yīng)用將飛速發(fā)展，智能工廠是未來發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字孿生技術(shù)作為智能工廠重要的組成部分，專注于實(shí)體設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)字虛擬化。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生將逐步由設(shè)備工序數(shù)字化向流程系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展，即通過反復(fù)的模擬計(jì)算，自主生成數(shù)據(jù)資源庫(kù)，并利用深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生對(duì)于實(shí)體流程的自適應(yīng)、自決策，從而在生產(chǎn)需求、業(yè)務(wù)場(chǎng)景發(fā)生新變化時(shí)，生產(chǎn)流程能夠完成自發(fā)性的智能化、柔性化調(diào)整，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)智能工廠的無人化。4.2.2制造工藝過程仿真4.2.2.1基于數(shù)字孿生的工藝規(guī)劃工藝規(guī)程是產(chǎn)品制造工藝過程和操作方法的技術(shù)文件，是進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)調(diào)度、工人操作和質(zhì)量檢驗(yàn)的依據(jù)。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的工藝規(guī)劃是指通過建立超高擬實(shí)度的產(chǎn)品、資源和工藝流程等虛擬仿真模型，以及全要素、全流程的虛實(shí)映射和交互融合，真正實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝設(shè)計(jì)與持續(xù)優(yōu)化。在數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)模式下，虛擬空間的仿真模型與物理空間的實(shí)體相互映射，形成虛實(shí)共生的迭代協(xié)同優(yōu)化機(jī)制，如圖4-6所示。圖4-6數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)模式4.2.2制造工藝過程仿真4.2.2.1基于數(shù)字孿生的工藝規(guī)劃數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)模式使得工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化呈現(xiàn)出以下新的轉(zhuǎn)變：①基于仿真的工藝設(shè)計(jì)②基于知識(shí)的工藝設(shè)計(jì)③工藝問題主動(dòng)響應(yīng)4.2.2制造工藝過程仿真4.2.2.2數(shù)字化制造軟件TecnomatixTecnomatix是西門子PLM軟件的數(shù)字化制造解決方案，如圖4-7所示。其主要功能有：通過將從工藝布局規(guī)劃和設(shè)計(jì)、工藝過程仿真和驗(yàn)證，到制造執(zhí)行與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的制造規(guī)劃連接起來，實(shí)現(xiàn)在3D環(huán)境下進(jìn)行制造工藝過程的設(shè)計(jì)；用數(shù)字化的手段驗(yàn)證產(chǎn)品的制造工藝可行性；事先分析未來生產(chǎn)系統(tǒng)的能力表現(xiàn)；快速輸出各種定制類型的工藝文件。圖4-7Tecnomatix數(shù)字化制造解決方案4.2.2制造工藝過程仿真4.2.2.2數(shù)字化制造軟件TecnomatixTecnomatix主要包含以下幾個(gè)功能模塊：（1）工藝規(guī)劃與管理驗(yàn)證（2）裝配規(guī)劃與驗(yàn)證（3）機(jī)器人與自動(dòng)化規(guī)劃驗(yàn)證（4）人因仿真驗(yàn)證（5）工廠設(shè)計(jì)與優(yōu)化（6）質(zhì)量管理4.2.2制造工藝過程仿真工藝規(guī)劃與管理驗(yàn)證：主要用于制定零部件的生產(chǎn)工藝流程，如NC編程、流程排序、資源分配等，并對(duì)工藝流程進(jìn)行驗(yàn)證，如圖4-8所示。圖4-8工藝規(guī)劃與管理驗(yàn)證4.2.2.2數(shù)字化制造軟件Tecnomatix4.2.2制造工藝過程仿真裝配規(guī)劃與驗(yàn)證：主要用于規(guī)劃驗(yàn)證產(chǎn)品的裝配制造過程和裝配制造方法，檢驗(yàn)裝配過程是否存在錯(cuò)誤，零件裝配時(shí)是否存在碰撞，如圖4-9所示。4.2.2.2數(shù)字化制造軟件Tecnomatix圖4-9裝配規(guī)劃與驗(yàn)證4.2.2制造工藝過程仿真機(jī)器人與自動(dòng)化規(guī)劃驗(yàn)證：主要用于創(chuàng)建機(jī)器人和自動(dòng)化制造系統(tǒng)的共享工作環(huán)境，如圖4-10所示。圖4-10機(jī)器人與自動(dòng)化規(guī)劃驗(yàn)證4.2.2.2數(shù)字化制造軟件Tecnomatix4.2.2制造工藝過程仿真人因仿真驗(yàn)證：主用用于仿真驗(yàn)證人員完成整個(gè)工作操作過程的動(dòng)作及處理遇到的問題，如圖4-11所示。圖4-11人因仿真驗(yàn)證4.2.2.2數(shù)字化制造軟件Tecnomatix4.2.2制造工藝過程仿真工廠設(shè)計(jì)與優(yōu)化：提供基于參數(shù)的三維智能對(duì)象，能更快地設(shè)計(jì)工廠的布局，如圖4-12所示。圖4-12工廠設(shè)計(jì)與優(yōu)化4.2.2.2數(shù)字化制造軟件Tecnomatix4.2.2制造工藝過程仿真質(zhì)量管理：將質(zhì)量規(guī)范與制造、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，從而確定產(chǎn)生誤差的關(guān)鍵尺寸、公差和裝配工序，如圖4-13所示。4.2.2.2數(shù)字化制造軟件Tecnomatix圖4-13質(zhì)量管理4.2.2制造工藝過程仿真4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulateProcessSimulate軟件隸屬于Tecnomatix，是一款專門對(duì)生產(chǎn)工序過程進(jìn)行仿真的軟件，如圖4-14所示。該軟件通過在三維環(huán)境中進(jìn)行制造過程的仿真驗(yàn)證，可以提前確認(rèn)裝配順序是否合理并發(fā)現(xiàn)可裝配性問題；可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)同工作及路徑優(yōu)化，并檢驗(yàn)可能出現(xiàn)的工藝性問題；可以評(píng)估人機(jī)交互過程中出現(xiàn)的可達(dá)性、可視性及舒適度問題等。圖4-14ProcessSimulate軟件4.2.2制造工藝過程仿真裝配過程仿真：裝配過程仿真充分利用數(shù)據(jù)管理環(huán)境，開展全面詳盡的裝配操作可行性分析，并可利用驗(yàn)證工具進(jìn)行三維剖切、測(cè)量及碰撞檢測(cè)，在虛擬模型中模擬完整的排序和自動(dòng)化裝配路徑規(guī)劃仿真，如圖4-15所示。圖4-15裝配過程仿真4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulate4.2.2制造工藝過程仿真人機(jī)工程仿真：人機(jī)工程仿真是對(duì)工作站的規(guī)劃驗(yàn)證，確保產(chǎn)品零件可以達(dá)到組裝和維護(hù)的要求?；谌藱C(jī)工程學(xué)，該應(yīng)用模塊提供了強(qiáng)大的功能來分析和優(yōu)化人工操作，從而確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的人工操作工藝，如圖4-16所示。圖4-16人機(jī)工程仿真4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulate4.2.2制造工藝過程仿真自動(dòng)化焊接仿真：自動(dòng)化焊接仿真能在構(gòu)建的三維模擬環(huán)境中，規(guī)劃設(shè)計(jì)和驗(yàn)證焊接過程，如點(diǎn)焊、弧焊、涂膠、激光焊等，應(yīng)用涵蓋前期初規(guī)劃階段到詳細(xì)的工程階段，最終至離線編程。自動(dòng)化焊接仿真可提升制造工程的效率及減少人為的錯(cuò)誤，如自動(dòng)焊槍工具選型，自動(dòng)分析焊接可達(dá)性并生成無干涉焊接軌跡、實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)干涉檢測(cè)、焊接節(jié)拍限制等自動(dòng)工具的應(yīng)用，如圖4-17所示。圖4-17自動(dòng)化焊接仿真4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulate4.2.2制造工藝過程仿真機(jī)器人仿真：機(jī)器人仿真能夠規(guī)劃和模擬高度復(fù)雜的制造生產(chǎn)區(qū)域，而同步運(yùn)行多臺(tái)機(jī)器人和執(zhí)行高度復(fù)雜的工藝，則通過機(jī)器人仿真的高級(jí)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)，如基于事件的仿真，對(duì)應(yīng)不同品牌的機(jī)器人控制器、機(jī)器人與PLC信號(hào)交互等。另外，該功能可自動(dòng)規(guī)劃生成干涉區(qū)和無干涉碰撞路徑、批量配置軌跡點(diǎn)屬性，在優(yōu)化機(jī)器人節(jié)拍時(shí)間和離線編程的效率上都得到了極大提升，如圖4-18所示。圖4-18機(jī)器人仿真4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulate4.2.2制造工藝過程仿真虛擬調(diào)試：虛擬調(diào)試能夠簡(jiǎn)化從工程項(xiàng)目的工藝規(guī)劃到車間生產(chǎn)這個(gè)周期的工作，該應(yīng)用基于一個(gè)共同的集成數(shù)據(jù)平臺(tái)，讓不同職責(zé)崗位的技術(shù)人員（機(jī)械、工藝和電氣）參與實(shí)際生產(chǎn)區(qū)或工作站的調(diào)試。硬件調(diào)試功能可以使用OPC和實(shí)際機(jī)器人控制硬件去模擬驗(yàn)證真實(shí)的PLC代碼，從而還原最逼真的虛擬調(diào)試環(huán)境，如圖4-19所示。圖4-19虛擬調(diào)試4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulate4.2.2制造工藝過程仿真點(diǎn)云：在點(diǎn)云（PointCloud）應(yīng)用中，將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)字化模型中，可快速直觀地進(jìn)行仿真驗(yàn)證，而無需手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用，使企業(yè)“數(shù)字化”工廠實(shí)現(xiàn)從虛擬到現(xiàn)實(shí)的無縫連接，在統(tǒng)一的數(shù)字化平臺(tái)上，工程項(xiàng)目更趨近真實(shí)，如圖4-20所示。圖4-20點(diǎn)云4.2.2.3工藝仿真軟件ProcessSimulate4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.1數(shù)字化工廠數(shù)字化工廠是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，如圖4-21所示。圖4-21數(shù)字化工廠4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.1數(shù)字化工廠作為現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，數(shù)字化工廠具有鮮明的特征。它的出現(xiàn)給制造業(yè)注入了新的活力，用來作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。不過，數(shù)字化工廠并不等同于全自動(dòng)化。數(shù)字化工廠的價(jià)值，并不是完全用自動(dòng)化設(shè)備取代人，而是用來幫助人；數(shù)字化工廠另一個(gè)重要價(jià)值是提高效率。4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真概述：數(shù)字化工廠是隨著數(shù)字仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展而來的，它通過對(duì)真實(shí)工業(yè)生產(chǎn)的虛擬規(guī)劃、仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠產(chǎn)品研發(fā)、制造生產(chǎn)和服務(wù)的優(yōu)化和提升，是現(xiàn)代工業(yè)化與信息化融合的應(yīng)用體現(xiàn)。隨著產(chǎn)品需求的不斷變化，產(chǎn)品周期的更新?lián)Q代速度提升，以及3D打印、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)的不斷應(yīng)用，為了縮短研發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和效益，先進(jìn)的制造類企業(yè)開始越來越重視數(shù)字化工廠的建設(shè)。4.2.3.1數(shù)字化工廠4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真數(shù)字化工廠利用工廠布局、工藝規(guī)劃和仿真優(yōu)化等功能手段，改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的理念，給現(xiàn)代化工業(yè)帶來了新的技術(shù)革命，其優(yōu)勢(shì)作用較為明顯，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①預(yù)規(guī)劃和靈活性生產(chǎn)。②縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。③節(jié)約資源、降低成本、提高資金效益。④提升產(chǎn)品質(zhì)量水平。4.2.3.1數(shù)字化工廠4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真關(guān)鍵技術(shù)：①數(shù)字化建模技術(shù)。②虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。③仿真優(yōu)化技術(shù)。④生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)。數(shù)字化工廠建設(shè)是一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性工程，波及整個(gè)企業(yè)及供應(yīng)鏈生態(tài)系統(tǒng)。數(shù)字化工廠建設(shè)所要實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)信息融合和產(chǎn)品全生命周期集成將方方面面的人、設(shè)備、產(chǎn)品、環(huán)境要素聯(lián)系起來，數(shù)字、數(shù)據(jù)、信息無處不在。4.2.3.1數(shù)字化工廠4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.2生產(chǎn)系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介：生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)為了生產(chǎn)某一種或某一類產(chǎn)品，綜合生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量控制、人員調(diào)度、設(shè)備維護(hù)、物流控制等各種技術(shù)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)。影響該系統(tǒng)的因素太多，導(dǎo)致生產(chǎn)管理人員越來越難以駕馭這樣的系統(tǒng)，但是通過系統(tǒng)仿真的方法，可以解決生產(chǎn)及物流過程中存在的很多問題，主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)生產(chǎn)率、生產(chǎn)周期、在制品庫(kù)存、機(jī)器利用率和人員效率、設(shè)備布置合理性、生產(chǎn)成本等。建立可視化的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型，并輸入相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)參數(shù)或改變參數(shù)并仿真運(yùn)行，反復(fù)運(yùn)行，可以發(fā)現(xiàn)問題，如瓶頸在哪兒，生產(chǎn)系統(tǒng)方案是否可行等，從而提高決策效率、準(zhǔn)確性。生產(chǎn)系統(tǒng)高效運(yùn)行是企業(yè)盈利和生存的關(guān)鍵。生產(chǎn)系統(tǒng)高效運(yùn)行的評(píng)判指標(biāo)是：減少生產(chǎn)中的一切浪費(fèi)，用最少投入得到最大產(chǎn)出。4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.2生產(chǎn)系統(tǒng)仿真隨著工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)系統(tǒng)中的日益普及，生產(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件和機(jī)器人技術(shù)也逐步融合一體化，既支持生產(chǎn)線的布局規(guī)劃、物流系統(tǒng)工藝，也支持機(jī)器人性能分析、多機(jī)器人協(xié)同，能輸出機(jī)器人程序，提升工藝規(guī)劃效率。生產(chǎn)系統(tǒng)仿真?zhèn)戎赜趯?duì)生產(chǎn)線、工藝、物流等的仿真，在虛擬環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的利器。隨著現(xiàn)代產(chǎn)品的復(fù)雜性增加，其工藝更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的流水線形式無法滿足很多特定產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，這就需要對(duì)產(chǎn)線的布局、工藝、物流進(jìn)行設(shè)計(jì)，以避免出現(xiàn)效率的降低及成本的浪費(fèi)。4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.2生產(chǎn)系統(tǒng)仿真生產(chǎn)系統(tǒng)仿真內(nèi)容：如圖4-22所示，主要包括：①生產(chǎn)線布局仿真②工藝仿真③物流仿真④機(jī)器人仿真⑤人機(jī)工程仿真圖4-22生產(chǎn)系統(tǒng)仿真內(nèi)容4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真生產(chǎn)系統(tǒng)仿真遵循原則：①產(chǎn)線布局仿真，即按照廠房的空間情況，設(shè)置產(chǎn)線布局。產(chǎn)線布局應(yīng)該設(shè)計(jì)生產(chǎn)加工區(qū)、緩存區(qū)、物料堆放區(qū)等作業(yè)單元，設(shè)計(jì)設(shè)備與設(shè)備之間的相對(duì)位置、通道的橫向面積，同時(shí)設(shè)計(jì)物料搬運(yùn)流程及運(yùn)輸方式。產(chǎn)線布局仿真需要遵循以下原則：a．物流搬運(yùn)時(shí)間短。b．保持生產(chǎn)柔性。c．空間利用率高。②工藝過程仿真，即按照產(chǎn)品的加工工藝，在虛擬環(huán)境下重現(xiàn)產(chǎn)品的加工過程。工藝仿真主要解決工藝過程中的碰撞、干涉、運(yùn)動(dòng)路徑、人員操作宜人性等問題。工藝過程仿真需要遵循以下原則：a．人機(jī)工程。b．裝配路徑最優(yōu)。4.2.3.2生產(chǎn)系統(tǒng)仿真4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真③生產(chǎn)物流仿真，即對(duì)物料的流動(dòng)過程進(jìn)行仿真，包括原材料、半成品、返修品、合格品、報(bào)廢品等的流轉(zhuǎn)過程仿真。主要解決在生產(chǎn)過程中物料運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性、時(shí)效性，優(yōu)化流動(dòng)路線，縮短搬運(yùn)時(shí)間，減少路徑干涉等問題。生產(chǎn)物流仿真需要遵循以下原則：a．優(yōu)化空間利用率。b．生產(chǎn)系統(tǒng)能力平衡。c．優(yōu)化物流中的瓶頸環(huán)節(jié)與關(guān)鍵路徑。4.2.3.2生產(chǎn)系統(tǒng)仿真4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulationPlantSimulation是Tecnomatix的工廠仿真軟件，可以對(duì)物流系統(tǒng)及流程進(jìn)行建模、仿真、研究及優(yōu)化。利用這些模型，可以在執(zhí)行生產(chǎn)前對(duì)涉及全球生產(chǎn)設(shè)施、當(dāng)?shù)毓S及特定生產(chǎn)線的各個(gè)層次的制造規(guī)劃，開展物料流、資源利用率及物流分析。PlantSimulation是一個(gè)離散事件仿真工具，能幫助創(chuàng)建物流系統(tǒng)（如生產(chǎn)系統(tǒng)）的數(shù)字化模型，可以了解系統(tǒng)的特征并優(yōu)化性能。在不中斷現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的前提下或早在實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)安裝前（在規(guī)劃流程中），可以使用這些數(shù)字化模型運(yùn)行試驗(yàn)和假設(shè)方案。運(yùn)用所提供的豐富分析工具（如瓶頸分析、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和圖表）可以評(píng)估不同的制造方案。評(píng)估結(jié)果可提供所需的信息，以便在生產(chǎn)規(guī)劃的早期階段做出快速而可靠的決策。4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulationPlantSimulation軟件可以對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)及流程進(jìn)行建模和仿真，如圖4-23所示。圖4-23PlantSimulation軟件界面4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真軟件技術(shù)特點(diǎn)：①支持2D概念工廠建模與3D工廠建模。②支持層次化建模和面向?qū)ο蟮慕?。③集成的分析工具。④開放的系統(tǒng)架構(gòu)與第三方系統(tǒng)集成。⑤系統(tǒng)仿真和優(yōu)化能力。⑥用戶化定制的能力。4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulation4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真①布局規(guī)劃及仿真如圖4-24所示，PlantSimulation在三維環(huán)境中設(shè)計(jì)裝配線、設(shè)備以及工具需求。通過數(shù)字化配置工廠布局，優(yōu)化工廠空間，并最大限度地提高資金利用率。

圖4-24配置工廠布局4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulation4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真②生產(chǎn)線產(chǎn)能仿真及優(yōu)化如圖4-25所示，利用單一系統(tǒng)快速對(duì)整個(gè)生產(chǎn)布局進(jìn)行設(shè)計(jì)、可視化和優(yōu)化，并輕松將其關(guān)聯(lián)到制造規(guī)劃當(dāng)中。4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulation圖4-25工廠生產(chǎn)線設(shè)計(jì)4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真③車間物流仿真如圖4-26所示，可以通過AGV自動(dòng)導(dǎo)航運(yùn)輸車來構(gòu)建工廠中自動(dòng)尋路的取貨卸貨小車，使用電池進(jìn)行供電，減少了人力物力，讓工廠顯得更加智能化。圖4-26AGV物流輸送4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulation4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真④裝配線平衡如圖4-27所示，通過軟件的算法對(duì)生產(chǎn)流水線進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。圖4-27對(duì)生產(chǎn)流水線進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算4.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulation將現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施生產(chǎn)力提高15%～20%；01將規(guī)劃新生產(chǎn)設(shè)施的投資減少20%；02減少庫(kù)存和生產(chǎn)時(shí)間達(dá)20%～60%；03優(yōu)化系統(tǒng)尺寸，包括緩沖區(qū)大??；04更早驗(yàn)證設(shè)想，減少投資風(fēng)險(xiǎn)；05最大程度地利用生產(chǎn)資源；06改善生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和進(jìn)度。074.2.3.3工廠仿真軟件PlantSimulation4.2.3制造工廠系統(tǒng)仿真主要優(yōu)點(diǎn)：4.3

物聯(lián)交互4.3.1機(jī)器互聯(lián)4.3.3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)4.3.2IT與OT融合0103024.3物聯(lián)交互廣義的M2M是指機(jī)器對(duì)機(jī)器、機(jī)器對(duì)人、人對(duì)機(jī)器、機(jī)器對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的連接和通信，旨在解決人、機(jī)、系統(tǒng)之間的無縫交互和智能連接，而不僅僅是三者之間的數(shù)據(jù)交換。機(jī)器根據(jù)建立的程序進(jìn)行主動(dòng)通信，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能選擇，并向相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令?？梢哉f，M2M是實(shí)施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）智能互聯(lián)的核心問題。由于底層設(shè)備處在工業(yè)自動(dòng)化分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)位置，底層制造資源的監(jiān)控對(duì)于智能生產(chǎn)的生產(chǎn)線重構(gòu)、動(dòng)態(tài)調(diào)度和信息融合至關(guān)重要。因此，生產(chǎn)設(shè)備智能互聯(lián)可有效提高制造設(shè)備的智能化水平。4.3.1機(jī)器互聯(lián)工業(yè)革命創(chuàng)造了各種機(jī)器、設(shè)備、機(jī)組和基礎(chǔ)設(shè)施，互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)制造系統(tǒng)中構(gòu)建更深層次的聯(lián)系，加快工業(yè)生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向轉(zhuǎn)變。制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，以制造企業(yè)為核心，以相關(guān)信息服務(wù)企業(yè)為支撐，由環(huán)節(jié)滲透向綜合集成發(fā)展演進(jìn)。在互聯(lián)網(wǎng)+不斷促進(jìn)下，制造業(yè)向數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化和柔性化發(fā)展，進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)+智能制造新階段。CPS信息物理系統(tǒng)：圖4-28為工業(yè)革命發(fā)展的歷史。前三次工業(yè)革命源于生產(chǎn)的機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化改造?，F(xiàn)在，隨著CPS在制造業(yè)中的推廣應(yīng)用，正在引發(fā)第四次工業(yè)革命，將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化?！肮I(yè)4.0”概念就是以數(shù)字制造為核心的第四次工業(yè)革命。4.3.1機(jī)器互聯(lián)圖4-28工業(yè)革命發(fā)展的歷史“工業(yè)4.0”中，CPS居于核心地位，是結(jié)合計(jì)算、控制、通信于一體的新型智能復(fù)雜系統(tǒng)，如圖4-29所示。圖4-29信息物理系統(tǒng)4.3.1機(jī)器互聯(lián)CPS通過對(duì)信息資源和物理資源的深度融合，將深刻改變?nèi)祟愅畔⑹澜绾臀锢硎澜绲慕换シ绞?。在智能制造系統(tǒng)中，CPS內(nèi)容博大精深，它大到包括整個(gè)工業(yè)體系，小到一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC控制器，是一切智能系統(tǒng)的核心。CPS是多學(xué)科的融合，涉及跨學(xué)科理論，將控制論基本原理、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)與流程科學(xué)有機(jī)融合在一起。CPS系統(tǒng)是一種網(wǎng)絡(luò)型嵌入式系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)將不再僅由一個(gè)全局集中的控制單元進(jìn)行控制，而是通過本地系統(tǒng)控制策略完全可以實(shí)現(xiàn)更佳的性能。它將打破在PC機(jī)時(shí)代建立的傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的體系架構(gòu)，從而全面實(shí)現(xiàn)分布式智能控制。4.3.1機(jī)器互聯(lián)自動(dòng)化金字塔：對(duì)企業(yè)生產(chǎn)中的不同等級(jí)層面可以用自動(dòng)化金字塔來表示，一般包含5個(gè)等級(jí)層面（有時(shí)將工廠運(yùn)營(yíng)層和過程控制層合并為一層）：①公司管理層。②工廠運(yùn)營(yíng)層。③過程控制層。④控制層⑤現(xiàn)場(chǎng)層4.3.1機(jī)器互聯(lián)圖4-30CPS與分層自動(dòng)化金字塔解決方案4.3.1機(jī)器互聯(lián)圖4-30所示為“工業(yè)4.0”中自動(dòng)化金字塔與CPS的關(guān)系拓?fù)鋱D。智能制造互聯(lián)互通：“工業(yè)4.0”重新定義生產(chǎn)，未來的工廠中，人、機(jī)器和產(chǎn)品通過智能化系統(tǒng)CPS不斷進(jìn)行通信，幾乎能夠?qū)崟r(shí)掌握當(dāng)前生產(chǎn)過程的一舉一動(dòng)；工廠具備前所未有的透明度，員工可以根據(jù)最新的可靠數(shù)據(jù)做出決策，制定靈活的計(jì)劃和控制生產(chǎn)流程。隨著智能制造發(fā)展，裝備制造業(yè)面臨著互聯(lián)互通的問題，機(jī)器之間需要互聯(lián)才能構(gòu)成生產(chǎn)線。如圖4-31所示，在自動(dòng)化加工生產(chǎn)線中，需要將傳送、定位、上料、裝夾、加工、下料等單元的機(jī)械、電氣、控制信息相互連接，而且通常是將不同廠商的設(shè)備進(jìn)行連接，廣泛的機(jī)器連接已成為智能制造的剛需。4.3.1機(jī)器互聯(lián)圖4-31自動(dòng)化加工生產(chǎn)線多臺(tái)機(jī)器互聯(lián)互通構(gòu)成生產(chǎn)線的過程稱為“水平集成”，機(jī)器與MES/ERP連接稱為“垂直集成”，生產(chǎn)系統(tǒng)與財(cái)務(wù)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、數(shù)字化設(shè)計(jì)單元的互聯(lián)互通稱為“端到端”連接。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)打破了系統(tǒng)集成的局限性，可以讓各種操作系統(tǒng)、各種平臺(tái)進(jìn)行通信；打通了工業(yè)通信中各個(gè)層級(jí)，從傳感器到企業(yè)云，都可以通過通信方式將數(shù)據(jù)層層傳遞。在同一層級(jí)的不同設(shè)備也能完成數(shù)據(jù)的橫向傳遞，為整個(gè)工廠提供數(shù)據(jù)。創(chuàng)建智能工廠，需要從生產(chǎn)過程中收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過邊緣計(jì)算進(jìn)行初步處理，然后將其無縫傳輸?shù)絀T系統(tǒng)。作為制造業(yè)中關(guān)鍵的工業(yè)通信技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)IT與OT（運(yùn)營(yíng)技術(shù)）的實(shí)時(shí)無縫融合，通過統(tǒng)一的狀態(tài)圖、工廠不同層級(jí)的模式定義和切換、模塊化的編程、機(jī)器與機(jī)器之間互聯(lián)接口的定義、機(jī)器與上層管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口的定義來實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的互聯(lián)。4.3.1機(jī)器互聯(lián)4.3.2IT與OT融合“工業(yè)4.0”受益于多學(xué)科交叉的機(jī)電軟一體化技術(shù)，來降低不斷融合的信息技術(shù)（IT）和運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）的復(fù)雜性。通過讓機(jī)器設(shè)備制造商來調(diào)試、編程和連接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自我優(yōu)化，選用適當(dāng)?shù)南冗M(jìn)電機(jī)和變頻器系統(tǒng)，可以使生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈自動(dòng)化更靈活、更快、效率更高。4.3.2IT與OT融合4.3.2.1概述在“工業(yè)4.0”時(shí)代，機(jī)電軟一體化比以往的關(guān)聯(lián)度更高。靈活和可擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以提供更高效的數(shù)據(jù)流、可視性和控制，并可將機(jī)器數(shù)據(jù)安全地發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)或云，同時(shí)可接收來自網(wǎng)絡(luò)或云的信息數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的決策、診斷、維護(hù)和預(yù)測(cè)分析。智能制造是人工智能、機(jī)器人與數(shù)字制造的統(tǒng)一體，具有采用數(shù)字化仿真手段，對(duì)制造過程中制造裝備、制造系統(tǒng)及產(chǎn)品性能進(jìn)行定量描述，使工藝設(shè)計(jì)從基于實(shí)驗(yàn)走向基于科學(xué)推理轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。智能制造以CPS、物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)字化制造、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能加工設(shè)備、機(jī)器人等關(guān)鍵技術(shù)組成龐大系統(tǒng)。智能制造是未來制造業(yè)的核心，而工業(yè)機(jī)器人則是實(shí)現(xiàn)智能制造前期最重要的工作之一，也是顯現(xiàn)智能制造互聯(lián)互通的重要載體。4.3.2IT與OT融合4.3.2.1概述未來制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將是一場(chǎng)制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，制造業(yè)將完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型，最終實(shí)現(xiàn)智能制造。不認(rèn)清未來制造發(fā)展的方向，不掌握新興技術(shù)就可能會(huì)落后或被淘汰。如圖4-32所示，IT和OT的融合不斷增加，處理實(shí)時(shí)事務(wù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)正在發(fā)展，以滿足實(shí)時(shí)同步制造業(yè)務(wù)的需求。IT網(wǎng)絡(luò)中包含供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶關(guān)系管理（CRM）、企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等。OT網(wǎng)絡(luò)中工業(yè)以太網(wǎng)的供應(yīng)商提供了實(shí)現(xiàn)連接企業(yè)愿景的產(chǎn)品方案。強(qiáng)大的自動(dòng)化控制器通過OPCUAWeb（網(wǎng)絡(luò)）服務(wù)和其他物聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制直接與企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，使生產(chǎn)環(huán)節(jié)成為業(yè)務(wù)信息的一部分。圖4-32IT和OT融合4.3.2IT與OT融合4.3.2.2IT與OT融合難點(diǎn)盡管IT/OT融合已是產(chǎn)業(yè)共識(shí)，然而，真正推動(dòng)它卻并非想象中那樣簡(jiǎn)單。（1）現(xiàn)場(chǎng)總線到實(shí)時(shí)以太網(wǎng)不同的總線又造成了新的壁壘，因?yàn)楦骷夜緲I(yè)務(wù)聚焦、技術(shù)路線的不同，造成了同一總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以互聯(lián)，而不同總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備則無法互聯(lián)。相較于傳統(tǒng)總線，實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的好處在于物理介質(zhì)、節(jié)點(diǎn)數(shù)、距離、帶寬、校驗(yàn)、診斷都統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)層面上，大家實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。（2）互連、互通與互操作實(shí)時(shí)以太網(wǎng)只是解決了物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的問題，對(duì)于應(yīng)用層而言，仍然無法聯(lián)通。實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在應(yīng)用層采用了諸如PROFIBUS、CANopen等協(xié)議，而這些協(xié)議又無法實(shí)現(xiàn)語義互操作。這個(gè)時(shí)候需要語義規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，以便讓不同的系統(tǒng)之間認(rèn)識(shí)到每個(gè)參數(shù)所表達(dá)的語義。（3）智能時(shí)代的工業(yè)通信IT與OT的融合會(huì)遇到如下復(fù)雜性問題：①總線的復(fù)雜性帶來的障礙。②周期性與非周期性數(shù)據(jù)的傳輸。③實(shí)時(shí)性的差異。4.3.2.3OPCUA+TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）作為當(dāng)今制造業(yè)中關(guān)鍵的工業(yè)通信技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)IT與OT的融合。OPCUA與TSN的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、用戶管理層以及云端之間的工業(yè)數(shù)據(jù)通信。（1）OPCUA通信OPCUA是OPC基金會(huì)（OPCFoundation）創(chuàng)建的新技術(shù)。為了應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化和跨平臺(tái)的趨勢(shì)，更好地推廣OPC，在OPC成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上推出了新的OPC標(biāo)準(zhǔn)：OPCUA。OPCUA的優(yōu)勢(shì)有：①一個(gè)通用接口集成了之前所有OPC的特性和信息；②更加開放，平臺(tái)無關(guān)性；③擴(kuò)展了對(duì)象類型，支持更復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，如變量、方法和事件；④在協(xié)議和應(yīng)用層集成了安全功能，更加安全；⑤易于配置和使用。OPC和OPCUA核心的區(qū)別是協(xié)議使用的TCP層不一樣，如圖4-33所示。OPC是基于COM/DCOM應(yīng)用層，會(huì)話層實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）；OPCUA是基于TCPIPsocket（套接字）傳輸層。4.3.2.3OPCUA+TSN圖4-33OPC和OPCUA核心區(qū)別OPCUA更加安全、可靠、中性（與供應(yīng)商無關(guān)），為制造現(xiàn)場(chǎng)到生產(chǎn)計(jì)劃或企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)傳輸原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理信息。OPCUA將在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期里替換傳統(tǒng)的OPC。幸運(yùn)的是，OPCUA為制造商簡(jiǎn)化了機(jī)器到機(jī)器的通信，從而讓此問題變得容易解決。OPCUA是專為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的自由使用的通信協(xié)議，使設(shè)備可以進(jìn)行機(jī)器內(nèi)、機(jī)器間和從機(jī)器到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)交換。OPCUA填補(bǔ)了IT和OT之間的差距。換句話說，如果沒有OPCUA，企業(yè)就無法體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和“工業(yè)4.0”的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于沒有大量預(yù)算投資和較多現(xiàn)代技術(shù)的較小規(guī)模公司來說，OPCUA有助于簡(jiǎn)化可能由現(xiàn)有技術(shù)（特別是機(jī)器視覺）生成的數(shù)據(jù)的利用方式。4.3.2.3OPCUA+TSN如圖4-34所示，在“工業(yè)4.0”實(shí)現(xiàn)中，通信則是基于OPCUA扮演非常關(guān)鍵的角色，在多個(gè)層次進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，并通過伴隨協(xié)議來支持垂直行業(yè)的信息交互，可以看到，OPCUA對(duì)于實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”、IIoT的傳輸至關(guān)重要，無所不在的傳輸才能奠定整個(gè)數(shù)字化、信息化的基礎(chǔ)。4.3.2.3OPCUA+TSN圖4-34基于OPCUA的“工業(yè)4.0”通信實(shí)現(xiàn)（2）TSN技術(shù)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），最初源于音/視頻通信。2012年，IEEE成立了IEEE802.1TSN工作組，擬將其應(yīng)用于工業(yè)實(shí)時(shí)通信，以解決標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)無法提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，以及實(shí)現(xiàn)在同一通道中傳輸不同類型數(shù)據(jù)（周期性與非周期性數(shù)據(jù)）。嚴(yán)格來說，TSN是一系列的通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，它由IEEE802.1AS-Rev精確時(shí)鐘同步、IEEE802.1Qbv基于通道預(yù)留的數(shù)據(jù)流通信、IEEE802.1Qbu+IEEE802.3br基于搶占式MAC（介質(zhì)訪問控制）的數(shù)據(jù)、IEEE802.1Qcc網(wǎng)絡(luò)與用戶配置、IEEE802.1CB無縫冗余等標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成，如表4-1所示。4.3.2.3OPCUA+TSN①TSN主要解決時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)調(diào)度與系統(tǒng)配置3個(gè)問題：a．確保時(shí)鐘同步精度是最為基礎(chǔ)的問題；b．?dāng)?shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制。②TSN在實(shí)施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和“工業(yè)4.0”的過程中能解決下列問題：a．用單一網(wǎng)絡(luò)解決復(fù)雜性問題，與工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議融合實(shí)現(xiàn)整體的IT與OT融合；b．周期性數(shù)據(jù)與非周期性數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)中得到傳輸；c．平衡實(shí)時(shí)性與數(shù)據(jù)容量大負(fù)載傳輸需求。③TSN的主要特性：a．時(shí)間同步。b．確定性傳輸。c．網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置。d．兼容e．安全。4.3.2.3OPCUA+TSN（3）OPCUA+TSN架構(gòu)智能制造網(wǎng)絡(luò)OPCUA和TSN這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將共同為制造業(yè)帶來互聯(lián)的基礎(chǔ)。隨著智能制造的推進(jìn)，OPCUA和TSN技術(shù)將變得更為迫切與關(guān)鍵。OPCUA規(guī)范是應(yīng)用層的一個(gè)協(xié)議集，使用其統(tǒng)一的信息模型可以很好地解決應(yīng)用層的語義互操作問題。TSN是一系列實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)周期性、非周期性數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性、非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的傳輸。