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制造業(yè)數(shù)字化的一大核心理念是打造數(shù)字孿生工廠，而工廠的數(shù)字孿生，自然離不開設備與設備、設備與控制系統(tǒng)、以及設備與仿真模型之間的通信。Pofinet作為新一代工業(yè)總線通信協(xié)議，能夠在工業(yè)系統(tǒng)中收集并傳輸數(shù)據(jù)，并且可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受(1ms或者更短)，在新工廠的實施過程中，普遍采用的都是Pofinet作為工業(yè)通信協(xié)議。

數(shù)字孿生工廠的構建不僅需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時互通，也需要構建虛擬孿生仿真模型與實體設備之間的實時映射，其關鍵技術標準可概括如下：

(1)工廠孿生模型建模

孿生模型的建立需要構建不同領域實體的統(tǒng)一邏輯結構，針對不同類型的物理實體和功能，以及實體產生的數(shù)據(jù)，構建相應虛擬空間孿生模型。

(2)孿生數(shù)據(jù)采集與傳輸

工廠車間存在眾多來自不同廠商的各類產品與設備，不同設備的接入方式、數(shù)據(jù)類型與格式均不相同。為保證孿生模型與物理實體的實時映射，須有安全且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集及傳輸方式。

(3)工廠生產過程實時映射

孿生模型對物理實體的實時關鍵動作、關鍵行為和狀態(tài)的映射是數(shù)字孿生技術的基礎應用。

在生產制造過程中，參與制造活動的關鍵要素分為人員、設備、物料、方法、環(huán)境，工廠生產過程的數(shù)字孿生概念模型可以描述為：

可以觀察到，每個工廠的工業(yè)制造現(xiàn)場都會存在著大量來自不同廠家及采用不同技術的產品與設備，其接口協(xié)議等也各不相同。為了解決數(shù)字孿生工廠中異構設備實時數(shù)據(jù)的獲取與傳輸問題，需要建立統(tǒng)一的通訊方式——Pofinet。

基于Pofinet通信協(xié)議，車間現(xiàn)場傳感器可將感知的信號發(fā)送給現(xiàn)場的控制模塊，比如，PLC控制模塊、Mes系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)等等，做到現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時互通。

虛擬空間對物理空間的映射是數(shù)字孿生車間運行的基礎。實現(xiàn)實時映射后，在虛擬空間中對實時生產狀況的分析與優(yōu)化將會更加智能化。

我們以一條U盤產線的為例子，下面是產線的簡易布局圖：

針對各個作業(yè)區(qū)設備及人員的屬性及需求，我們建立如下數(shù)字孿生模型：

接著我們利用孿生模型的開放接口與現(xiàn)場的Pofinet協(xié)議局域網(wǎng)相連接，通過建立的數(shù)據(jù)交互軟件對孿生數(shù)據(jù)進行實時處理，以驅動孿生模型的實時運行，實現(xiàn)設備、人員、產品等孿生模型狀態(tài)與實際生產線的一致。

數(shù)字孿生車間作為一種車間運行新模式，對實現(xiàn)工業(yè) 4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云制造、中國制造 2025 等先進制造模式和戰(zhàn)略具有重要作用。

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