關(guān)鍵詞：達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)，虛擬調(diào)試，Virtual Commissioning，DELMIA，ControlBuild

摘要：本文主要介紹基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)的虛擬調(diào)試解決方案，借助平臺(tái)DELMIA相關(guān)模塊和CATIA ControlBuild，用戶可以對(duì)產(chǎn)線及設(shè)備的運(yùn)動(dòng)過程和控制邏輯進(jìn)行虛擬仿真和驗(yàn)證。

為什么需要虛擬調(diào)試

傳統(tǒng)模式下，產(chǎn)線建設(shè)按照串行的方式完成設(shè)計(jì)、制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，其中包括廠房、機(jī)械、電氣等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域施工的交叉和協(xié)作。因此，企業(yè)往往面臨現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試階段大量的返工問題，最終可能影響交付工期和項(xiàng)目成本。隨著數(shù)字化工廠軟件技術(shù)不斷成熟，企業(yè)可以在產(chǎn)線方案設(shè)計(jì)階段引入虛擬調(diào)試技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)線虛擬仿真和驗(yàn)證，從而提前消除潛在的問題，避免調(diào)試期間造成重大損壞，減少現(xiàn)場(chǎng)的停機(jī)時(shí)間，確保項(xiàng)目交付周期、成本和質(zhì)量。如下圖所示，采用達(dá)索虛擬調(diào)試技術(shù)將會(huì)對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生的價(jià)值：

虛擬調(diào)試總體方案

在達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)環(huán)境下，用戶可以完整定義產(chǎn)線的3D布局和設(shè)備參數(shù)，與物理世界進(jìn)行場(chǎng)景映射和連接，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下，執(zhí)行預(yù)定義的路徑和控制邏輯，發(fā)現(xiàn)并消除潛在的故障，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真，產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)動(dòng)PLC控制邏輯仿真驗(yàn)證。如下圖所示，基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)架構(gòu)。

達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)支持以下兩種方式實(shí)現(xiàn)虛擬模型與外部軟件及物理設(shè)備的連接：

• CATIA ControlBuild通過共享內(nèi)存的方式，實(shí)現(xiàn)達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)與外部世界高實(shí)時(shí)性的連接；此外，ControlBuild也能實(shí)現(xiàn)OPC UA方式的連接。OPC UA（Unified Architecture，統(tǒng)一架構(gòu)）是下一代的OPC標(biāo)準(zhǔn)，通過提供一個(gè)完整的，安全和可靠的跨平臺(tái)的架構(gòu)，以獲取實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)和時(shí)間。

• 搭建第三方OPC Server，通過OPC DA方式實(shí)現(xiàn)達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)與外部軟件的連接，適用于一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景。

  
  

虛擬調(diào)試應(yīng)用場(chǎng)景

本文使用第一種CATIA ControlBuild方式進(jìn)行虛擬調(diào)試場(chǎng)景的說明。

達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)虛擬調(diào)試解決方案根據(jù)實(shí)際用戶需求，可以分為如下圖所示三個(gè)應(yīng)用層次，模型在環(huán)、軟件在環(huán)和硬件在環(huán)。

• 模型在環(huán)：通過達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)和ControlBuild構(gòu)建虛擬模型進(jìn)行仿真。

• 軟件在環(huán)：在達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)和ControlBuild的基礎(chǔ)上，將ControlBuild的控制邏輯下載到與之連接的PLC模擬器進(jìn)行虛擬驗(yàn)證。

• 硬件在環(huán)：在達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)和ControlBuild的基礎(chǔ)上，將ControlBuild的控制邏輯下載到與之連接的PLC硬件控制器進(jìn)行虛擬驗(yàn)證。

  
  

虛擬調(diào)試過程展示

本節(jié)將以模型在環(huán)為例進(jìn)行虛擬調(diào)試過程詳細(xì)說明。

1. 在DELMIA中創(chuàng)建IO

在制造單元和工作站級(jí)別上分別創(chuàng)建輸入/輸出IO信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)制造單元中所有工作站之間的通信。

2. 在ControlBuild中創(chuàng)建控制軟件
ControlBuild的功能窗口展示了已經(jīng)定義好的梯形圖程序和簡(jiǎn)單的用戶界面。梯形圖程序控制邏輯操作，與PLC程序保持同步；用戶界面則可以看到虛擬場(chǎng)景中的執(zhí)行進(jìn)度，完成某些任務(wù)的指示燈等。

3. 從ControlBuild生成FMU連接器
控制軟件開發(fā)完成后，可以創(chuàng)建一個(gè)FMU（Functional Mock-Up）連接器，允許ControlBuild和達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)在共享內(nèi)存中讀取和寫入信息。

4. 在DELMIA中映射FMU IO
在DELMIA制造單元中創(chuàng)建一個(gè)邏輯控制器把FMU聯(lián)系起來，以便它可以使用FMU寫入共享內(nèi)存。

5. 運(yùn)行協(xié)同仿真
打開用戶界面和和梯形圖程序窗口，從界面上觸發(fā)設(shè)置一個(gè)IO啟動(dòng)信號(hào)，就可以開始模擬ControlBuild和達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺(tái)的虛擬調(diào)試過程了。