SIEMENS華東區山東省濱州市西門子（授權）一級總代理-西門子伺服電機一級總代理

新生產系統的設計和實施通常是耗時且高成本的過程，完成設計、采購、安裝后，在移交生產運行之前還需要一個階段，即調試階段。如果在開發過程中的任何地方出現了錯誤而沒有被發現，那么每個開發階段的錯誤成本將大大增加，未檢測到的錯誤可能會在調試期間造成設備重大的損壞。

數字孿生對實施過程的前中后進行容錯沖銷，將大部分的操作-除了Zui后安裝之外全部移到虛擬層，設計、開發、調試等工作都是虛擬層進行，得到Zui優和Zui確定的方案后有相當的把握再上線使用。

隨著工藝要求和控制復雜度的增加，使得本來就很棘手的設備調試變得更加棘手，脫離了現場運行環境，機械、電氣部件和自動化軟件就得不到充分的調試，設備設計的正確性和有效性等得不到有效的保障。在調試階段，工程師會發現錯誤，修改設計，編寫和優化程序，以及對操作人員進行新設備、新操作流程培訓。

工藝設計和虛擬調試，特別適合一些禁止遠程調試的業務場景。其實這些事情很多供應商也干過，只不過未必是數字孿生罷了：模擬安裝環境啊，而且還不是局部模擬，是全局模擬。當然有條件的設備供應商可以自己模擬一個小型環境，如果成本太高，也可以用數字孿生來模擬一個虛擬的調試和安裝環境。通過現實的運行機理導入數據和流程到數字孿生，這里我們再超前一點：數字孿生能不能搞用戶化和通用化呢，當然也可以。

這個階段是難以計劃，會延遲生產，也會造成成本超支，并可能導致延遲發貨，影響客戶滿意度。由于數字孿生是物理資產的準確表征，可以用于對新網絡或設備設計的虛擬調試。

在虛擬調試時，如果發現問題需要進行設計優化，則可以在計算機上對虛擬的系統模型進行更改，虛擬調試允許重新更改網絡規劃、重新編程機器人或更改變頻驅動器、PLC 編程等操作。一旦重新編程，系統會再次進行測試，如果通過，則可以進行下一階段的物理部署。

通過虛擬調試實現對設備的設計進行仿真驗證，縮短從設計到物理實現的時間；

使用虛擬調試來提前測試設備運動部件以發現機械干涉，以及提前驗證自動化 PLC 編程和上位軟件，這樣可以使現場的調試速度更快，風險更低。

網絡規劃和仿真驗證系統

在設計階段，通過 SINETPLAN 實現對工業網絡 PROFINET 的規劃設計和仿真，識別潛在的問題并避免發生。

新建、組態 PROFINET 網絡，或導入現有項目，進行網絡負載仿真，流量整形保證網絡運行安全可靠，優化網絡資源和透明化網絡利用率；也可以對已安裝 PROFINET 網絡進行在線掃描和驗證。

網絡架構讓真正網絡工程師去搞，我不懂。知道它是啥就行，不用什么都通，面面俱到：知道需要什么，輸出什么，標準是什么，流程是什么差不多了，再配合配合嘛。

設備的數字孿生

在設備開發中應用虛擬調試，首先要創建一個設備的數字孿生即虛擬設備，虛擬設備構成主要有三部分，即物理和運動系統模型、電氣和行為模型、自動化模型。

其中：

物理和運動系統模型主要是機械組件，比如設備主體、執行機構、輸送帶、工裝夾具等；

電氣和行為模型主要是一些活動組件例如驅動器、閥門和外設行為；

自動化模型是 DCS,PLC 程序和上位機軟件。

這三種模型都需要數字孿生仿真

虛擬調試系統（這個東西是核心，其他都是輔助）

虛擬調試系統分軟件在環（SiL: Software in Loop）和硬件在環 (HiL:Hardware in Loop)，根據不同的仿真環境可以選擇軟件在環或硬件在環。

軟件在環是把整體設備完全虛擬化，即由虛擬控制器 CPU、虛擬 HMI、虛擬信號及模型算法、虛擬機械模型組成；

（軟件在環就是軟件虛擬化，仿真化，不僅仿真軟件模型,貼張圖說這個就是HMI視圖也可以，還要仿真的軟件的功能）

硬件在環是把設備主要的硬件放在仿真環境中，使用真實 HMI、真實控制器 CPU、現場 IO 設備與虛擬機械模型組成虛擬設備模型。

（硬件在環是將現實的硬件設備和虛擬硬件設備仿真模型連接起來，共同組成一個硬件仿真環境，無論是軟件也好，硬件也好，Zui終都是仿真實體的模型和機理，就這兩件事，看清楚了就不覺得復雜了。）

通過搭建虛擬調試平臺，對包含多物理場以及通常存在于機電一體化產品中的自動化相關行為進行 3D 建模和仿真，使機械、電氣和自動化設計能夠同時工作，并行協同設計一個項目：

a）對工業網絡 PROFINET 進行高效規劃、布局、仿真和驗證。（網絡規劃）

b）機械工程師可以根據三維形狀和運動學創建數字模型。（實體數字模型，前面的基礎知識篇中有這些概念，感興趣的小伙伴可以去看一下）

c）電氣工程師可以選擇并定位傳感器和驅動器等行為模型。（行為模型仿真，別忘了還有上一篇里面提及的動作控制柜，什么原理呢，所有相關的物理性操作的集成封裝到一個控制系統中）

d）自動化編程人員可以設計設備的控制邏輯和 HMI 程序，然后與機械模型、電氣模型連接，實現基于事件或命令的控制和運動模型。