數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用*

黃涵鈺 毛柯夫 苑明海 鄭 良 裴鳳雀

（①河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 常州 213022；②常州市智能制造技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213022）

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)在制造領(lǐng)域的融合發(fā)展，促成了新一輪的工業(yè)革命，智能制造成為制造業(yè)發(fā)展主要方向[1-2]。傳統(tǒng)的數(shù)字化生產(chǎn)線具有現(xiàn)場調(diào)試周期長，物理生產(chǎn)線實(shí)體與虛擬三維模型之間的交互能力較差，可視化能力差，現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控成本高，數(shù)據(jù)傳輸能力較弱，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不同步等問題，難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線信息實(shí)時(shí)可視化和遠(yuǎn)程管理。近年來，隨著數(shù)字孿生（digital twin）的使用，打破了阻礙物理空間與信息空間交互的屏障，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化提供了技術(shù)支持[3]。

數(shù)字孿生技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體與虛擬空間交互的重要解決途徑之一，被國內(nèi)外相關(guān)研究人員廣泛關(guān)注，陶飛等人首次提出了數(shù)字孿生車間（digital twin workshop），闡述了該系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、運(yùn)行機(jī)制以及關(guān)鍵技術(shù)等[1,4]。西門子公司提出了“數(shù)字雙胞胎”的概念，為制造企業(yè)提供一整套從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工的全生命周期的系統(tǒng)模型[5]。在對數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用方面，Deac G C 等人開發(fā)了基于工廠數(shù)字孿生的協(xié)同虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序，作為監(jiān)控大數(shù)據(jù)的界面，并將虛擬機(jī)的運(yùn)動(dòng)與真實(shí)機(jī)器同步[6]。Aheleroff S 等人開發(fā)了數(shù)字孿生參考架構(gòu)，并將其應(yīng)用于工業(yè)案例，以確定合適的工業(yè)4.0 技術(shù)[7]。魏一雄等人搭建了高保真映射的數(shù)字孿生車間仿真環(huán)境，采用基于開放性生產(chǎn)控制和統(tǒng)一架構(gòu)（open platform communications unified architecture，OPC UA）服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集方式，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體實(shí)時(shí)鏡像[3]。郭磊等人運(yùn)用OPC UA 通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，搭建Restful 服務(wù)器以JSON 數(shù)據(jù)串的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字孿生車間系統(tǒng)[8]。仇曉黎等人運(yùn)用Open Inventor 軟件，通過映射物理對象的約束關(guān)系、運(yùn)動(dòng)方式等規(guī)律，來提高孿生模型的保真度[9]。蔣志超等人運(yùn)用Process Simulate（PS）軟件建立了超級(jí)電容模組檢測線虛擬調(diào)試模塊，實(shí)現(xiàn)了可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）程序與機(jī)器人程序在運(yùn)用到實(shí)體設(shè)備前的調(diào)試與優(yōu)化[10]。

結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，本文提出了一種生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，運(yùn)用PS 和TIA Portal 軟件構(gòu)建生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型以及控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)通信架構(gòu)和數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，利用OPC UA和Modbus 通信技術(shù)對底層生產(chǎn)線設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型的同步運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)線對物理生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)映射。

1 生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建

根據(jù)數(shù)字孿生五維模型的概念[11-12]，生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)如圖1 所示，以物理生產(chǎn)線、虛擬生產(chǎn)線、生產(chǎn)線服務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)線孿生數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，以工業(yè)互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息交互。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比，生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)具有高保真度仿真和虛擬調(diào)試[13-15]的能力，實(shí)現(xiàn)在脫離現(xiàn)場的實(shí)際設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境的情況下，對生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型與控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)通調(diào)試[16]，降低現(xiàn)場調(diào)試的工作量和返工的風(fēng)險(xiǎn)；通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，對物理生產(chǎn)線底層數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，驅(qū)動(dòng)虛擬生產(chǎn)線實(shí)時(shí)映射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線三維可視化，實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)線運(yùn)行情況，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，較好解決工程中的實(shí)際問題。

圖1 數(shù)字孿生生產(chǎn)線系統(tǒng)成部分

1.1 生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

生產(chǎn)線的數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)可分為三層：物理實(shí)體層、數(shù)字孿生層和應(yīng)用服務(wù)層，具體架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

（1）物理實(shí)體層為車間生產(chǎn)線提供基本的生產(chǎn)條件，包括制造資源和資源感知，制造資源主要包含設(shè)備、軟件、人員和物料等生產(chǎn)資源；資源感知主要負(fù)責(zé)設(shè)備接口與通訊協(xié)議的制定，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，最后把數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字孿生層，實(shí)現(xiàn)物理生產(chǎn)線向虛擬生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)映射。

（2）數(shù)字孿生層是智能化生產(chǎn)線的核心部分，主要包括數(shù)字孿生模型層和數(shù)字孿生系統(tǒng)支撐層。首先，系統(tǒng)支撐層接收從物理車間中采集到的數(shù)據(jù)，對清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，驅(qū)動(dòng)虛擬生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程；然后，虛擬生產(chǎn)線產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和用戶層發(fā)送的數(shù)據(jù)又實(shí)時(shí)反饋到物理生產(chǎn)線中，指導(dǎo)物理生產(chǎn)線生產(chǎn)。

（3）應(yīng)用服務(wù)層是服務(wù)的終端層，提供仿真、虛擬調(diào)試、可視化等功能。用戶通過界面操作指令，指導(dǎo)虛擬生產(chǎn)線生產(chǎn)，從而完成對物理生產(chǎn)線的管控，最終實(shí)現(xiàn)虛實(shí)生產(chǎn)線制造過程的實(shí)時(shí)映射和產(chǎn)品全制造智能化、透明化管控，提高生產(chǎn)線數(shù)字化管理水平。

1.2 虛擬生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型的構(gòu)建

生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型的物理部分通過創(chuàng)建數(shù)字化三維模型體現(xiàn)，建模技術(shù)可以根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品、加工設(shè)備與工藝和生產(chǎn)環(huán)境等，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中對生產(chǎn)全過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，三維模型可以直觀體現(xiàn)孿生模型物理部分的結(jié)構(gòu)形狀和空間位置[17-18]。

根據(jù)生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)，虛擬生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型（DTMvpl）主要包括設(shè)備幾何模型（GMequip）、行為模型（BehaviorM）、通信接口（CInterface）：

其中：行為模型（BehaviorM）主要包括約束關(guān)系（BindingR）、運(yùn)動(dòng)形態(tài)（MPatterns）、空間關(guān)系（SpatialR）。

設(shè)備幾何模型（GMequip）即三維CAD 模型，是構(gòu)建數(shù)字孿生模型的前提條件，要求反映實(shí)際物理生產(chǎn)線中各類設(shè)備的幾何信息和拓?fù)湫畔?，并將各類信息圖紙化。行為模型（BehaviorM）要求表達(dá)物理實(shí)體設(shè)備間的約束、裝配和空間關(guān)系以及設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，根據(jù)需求設(shè)置可運(yùn)動(dòng)設(shè)備模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)編輯器，創(chuàng)建內(nèi)部邏輯塊，添加運(yùn)動(dòng)副，定義抓手、夾具等設(shè)備的姿態(tài)和機(jī)器人的動(dòng)作，并設(shè)置觸發(fā)動(dòng)作開始的驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。通信接口（Cinterface）是實(shí)現(xiàn)孿生數(shù)據(jù)信息交互的橋梁，從PLC 中獲取的大量驅(qū)動(dòng)信號(hào)與傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將通過通信接口傳輸給孿生模型，孿生模型與PLC 通過圖3 的信號(hào)完成數(shù)據(jù)交換。

圖3 Process Simulate 與PLC 信號(hào)關(guān)系圖

1.3 系統(tǒng)通訊架構(gòu)

在生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，打破了物理實(shí)體與虛擬空間信息交互的壁壘。本文提出了一種基于數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)源和數(shù)字孿生系統(tǒng)。數(shù)據(jù)源中的實(shí)際生產(chǎn)線設(shè)備與型號(hào)為S7-1500的PLC （S7-1500 PLC）基于以太網(wǎng)TCP/IP 的Modbus 協(xié)議進(jìn)行信息交互，Modbus/TCP 有RS485 和以太網(wǎng)接口。S7-1500 PLC 與數(shù)字孿生模型之間通過OPC UA 建立通信連接。OPC UA 服務(wù)器集成在S7-1500 PLC 上，與實(shí)際物理設(shè)備間采用以太網(wǎng)相連，OPC UA 客戶端集成于虛擬空間PS之上，與服務(wù)器建立可靠的連接，OPC UA 客戶端可訪問服務(wù)器節(jié)點(diǎn)變量，并進(jìn)行對該變量的讀取、寫入，實(shí)時(shí)獲取服務(wù)器中的信號(hào)數(shù)據(jù)，這些信號(hào)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生空間中的虛擬生產(chǎn)線模型對物理生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)映射。

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)要求從底層實(shí)際物理生產(chǎn)線中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。在RS485 通信網(wǎng)絡(luò)中，物理實(shí)體設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)以一主多從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即一個(gè)主站（master）可以訪問多個(gè)從站（slave）。

本文構(gòu)建了數(shù)據(jù)采集框架圖，如圖5 所示，Modbus 串口服務(wù)器是RS485 通信網(wǎng)絡(luò)中的主站，作為從站的設(shè)備可以是多個(gè)，例如從站1 選用生產(chǎn)線現(xiàn)場的溫濕度傳感器和從站2 選用匯川H2U PLC。主站設(shè)備和從站設(shè)備之間采用應(yīng)答式機(jī)制，通過傳送Modbus 數(shù)據(jù)幀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，主站設(shè)備主動(dòng)發(fā)送設(shè)備請求數(shù)據(jù)幀給所有從站設(shè)備，所有從站設(shè)備都會(huì)收到指令，但只有指令地址相同的從站設(shè)備會(huì)執(zhí)行指令并返回響應(yīng)數(shù)據(jù)幀給主站設(shè)備。

圖5 數(shù)據(jù)采集框架圖

2 實(shí)例搭建與應(yīng)用

本文選取的生產(chǎn)線為一個(gè)端面銑產(chǎn)線，包括3個(gè)自由度機(jī)器人、2 個(gè)零件儲(chǔ)存架、傳送裝置、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（automated guided vehicle ，AGV）、工作臺(tái)、托盤、三爪卡盤、銑刀、抓手和其他輔助設(shè)備等。

本章以此生產(chǎn)線為例，詳細(xì)闡述了生產(chǎn)線數(shù)字孿生生產(chǎn)線系統(tǒng)的構(gòu)建過程，并對實(shí)例進(jìn)行虛擬調(diào)試與應(yīng)用。

2.1 基于Process Simulate 數(shù)字孿生模型重構(gòu)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)線設(shè)備，運(yùn)用SolidWorks 對設(shè)備三維建模，結(jié)合現(xiàn)場測量所得的布局?jǐn)?shù)據(jù)，運(yùn)用PS 軟件進(jìn)行整體裝配與布局，整體布局主要分為儲(chǔ)存區(qū)、運(yùn)輸區(qū)和加工區(qū)3 個(gè)基本區(qū)域，重新定義與分類設(shè)備模型，設(shè)置可運(yùn)動(dòng)設(shè)備模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)編輯器，創(chuàng)建內(nèi)部邏輯塊，添加運(yùn)動(dòng)副，并設(shè)置限位參數(shù)，定義抓手、夾具等設(shè)備的姿態(tài)，具體示意圖如圖6 所示。定義機(jī)器人的動(dòng)作，對機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃，并設(shè)置觸發(fā)動(dòng)作開始的驅(qū)動(dòng)信號(hào)及信號(hào)類型，圖7 以i5_r1 機(jī)器人抓取托盤tray1_1 出庫為例，給出路徑、過程圖和對應(yīng)的信號(hào)定義。

圖6 數(shù)字孿生模型重構(gòu)

圖7 tray1_1 出入庫路徑規(guī)劃

2.2 基于Process Simulate 數(shù)字孿生模型重構(gòu)

硬件組態(tài)是控制系統(tǒng)搭建的基礎(chǔ)，即選用合適型號(hào)的硬件設(shè)備并對設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行配置。在TIA Portal 選用1511T-1PN CPU，S7-1500 系列的PLC 支持高效組態(tài)。人機(jī)界面（human machine interface，HMI）選用型號(hào)為KTP700 Basic PN 的7 寸玻璃基板顯示屏，硬件設(shè)備組態(tài)如圖8 所示。

圖8 硬件設(shè)備組態(tài)圖

HMI 是數(shù)字孿生的生產(chǎn)線模型與用戶之間信息交互的媒介。使用者能夠在如圖9 所示的HMI 界面中直接讀出信息，通過界面上設(shè)置的按鈕，操控實(shí)際生產(chǎn)線及虛擬生產(chǎn)線的各個(gè)動(dòng)作。

圖9 HMI 界面圖

本文采用模塊式程序編寫方法，運(yùn)用梯形邏輯LAD 語言，創(chuàng)建了數(shù)字孿生系統(tǒng)電氣控制程序，程序主要分為3 個(gè)模塊：自動(dòng)運(yùn)行模式、手動(dòng)運(yùn)行模式和手動(dòng)上下料模式。

2.3 物理實(shí)體通信與數(shù)據(jù)采集

根據(jù)在TIA Portal 中建立的組態(tài)關(guān)系，上位機(jī)（PC）、PLC_1、HMI_1、PS 等均與以太網(wǎng)交換機(jī)連接，系統(tǒng)設(shè)備連接如圖10 所示。PC 端與物理實(shí)體設(shè)備應(yīng)處于同一網(wǎng)段，按照表1 所示的參數(shù)，通過PC 端給物理實(shí)體設(shè)備分配IP 地址、子網(wǎng)掩碼和MAC 地址。Modbus 串口服務(wù)器的IP 地址設(shè)置為192.168.3.253，處于同一網(wǎng)段，OPC UA 服務(wù)器的地址為“opc.tcp://192.168.3.200:4840”，集成OPC UA 客戶端的虛擬空間可根據(jù)此地址與服務(wù)器創(chuàng)建連接。

表1 數(shù)字孿生系統(tǒng)設(shè)備在線表

圖10 設(shè)備連接圖

本文選用的信息傳輸協(xié)議和技術(shù)為OPC UA 和Modbus，可以有效減少信息傳遞過程中的失真和誤差，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

本文采用的數(shù)據(jù)采集傳輸速率為9 600 bps。這一指標(biāo)通常用于衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托?，尤其適用于串行通信。選擇合適的比特率可以在數(shù)據(jù)采集過程中平衡采集速度和傳輸效率的需求。同時(shí)，通過更新和升級(jí)硬件設(shè)備，優(yōu)化python 讀寫代碼，優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇，避免不必要的循環(huán)和遞歸，減少內(nèi)存占用和計(jì)算量，以提高程序的執(zhí)行效率。最終，將信息傳遞周期維持在200 ms 以下，降低通信延遲，提高系統(tǒng)響應(yīng)實(shí)時(shí)性。

2.4 虛擬調(diào)試

虛擬調(diào)試的通信媒介是建立在S7-PLCSIM Advanced V3.0 創(chuàng)建的虛擬PLC 之上，選用PLCSIM Virtual Ethernet Adapter 的連接方式，IP 地址為192.168.0.1，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。

追蹤TIA Portal 每一條程序段與PS 中數(shù)字孿生模型的動(dòng)作和信號(hào)面板中各個(gè)信號(hào)狀態(tài)是否匹配，如圖11 所示，正在進(jìn)行抓起tray1_1 上的一號(hào)位零件，放到處于open 狀態(tài)的夾具上，右邊TIA Portal的顯示該動(dòng)作驅(qū)動(dòng)的程序段接通，左邊的上下料機(jī)器人模型正在進(jìn)行此動(dòng)作，從PS 的信號(hào)面板上顯示此動(dòng)作信號(hào)已接通。

圖11 自動(dòng)模式下某一動(dòng)作調(diào)試圖

2.5 應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)線設(shè)備

本文選取的生產(chǎn)線為一個(gè)端面銑生產(chǎn)線，生產(chǎn)線具體加工流程為：（1）出入庫拾放機(jī)器人從儲(chǔ)存區(qū)將待加工零件抓取至運(yùn)輸區(qū)。（2）傳送裝置與AGV 將待加工零件運(yùn)輸至加工區(qū)。（3）上下料機(jī)器人將待加工零件抓取至三爪卡盤上。（4）端面銑機(jī)器人開始加工，加工結(jié)束后上下料機(jī)器人進(jìn)行下料操作。（5）由傳送裝置與AGV 將已加工零件運(yùn)輸至儲(chǔ)存區(qū)。（6）出入庫拾放機(jī)器人將已加工零件放入零件儲(chǔ)存架。

如圖12 所示的是虛擬生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型的同步過程圖，在圖12a 情況下，數(shù)字孿生模型正在進(jìn)行對tray1_1 的動(dòng)作，待加工零件儲(chǔ)存架1_1 儲(chǔ)存?zhèn)}是空倉，出入庫拾放機(jī)器人處于運(yùn)行狀態(tài)，AGV 小車處于儲(chǔ)存區(qū)；在圖12b 情況下，數(shù)字孿生模型正在進(jìn)行對tray1_1 四號(hào)位零件加工的動(dòng)作，待加工零件儲(chǔ)存架1_1 和1_2 儲(chǔ)存?zhèn)}是空倉，面銑機(jī)器人處于運(yùn)行狀態(tài)，AGV 小車處于加工區(qū)；在圖12c 情況下，以數(shù)字孿生生產(chǎn)線模型對實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場儲(chǔ)物架實(shí)時(shí)映射為例，當(dāng)操作人員按該情況對未加工零件儲(chǔ)存架擺放物料時(shí)，數(shù)字孿生系統(tǒng)會(huì)接收到儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)，使得數(shù)字孿生模型做出相應(yīng)動(dòng)作。在3D 儲(chǔ)存?zhèn)}狀態(tài)頁面，可以讀取實(shí)時(shí)實(shí)際生產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境的溫度與濕度數(shù)值。與此同時(shí)，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的python 程序，完成對OPC UA 服務(wù)器訪問，采集各類信號(hào)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。

圖12 數(shù)字孿生模型同步圖

采用數(shù)字孿生方法后，對生產(chǎn)線進(jìn)行了全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測與映射。這種方法使得生產(chǎn)線的整個(gè)加工流程得以精準(zhǔn)而高效地模擬和監(jiān)控。通過數(shù)字孿生模型，生產(chǎn)線的各項(xiàng)動(dòng)作和狀態(tài)得以實(shí)時(shí)記錄和反映，包括零件的抓取、運(yùn)輸、加工、上下料和儲(chǔ)存等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在圖12a 和圖12b 情況下，數(shù)字孿生模型清晰地展示了待加工零件儲(chǔ)存架和機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，為運(yùn)輸和加工階段的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了可靠的基礎(chǔ)。在圖12c 情況下，數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場的操作，從而在生產(chǎn)過程中保持?jǐn)?shù)據(jù)的同步性和準(zhǔn)確性。此外，通過數(shù)字孿生方法，可以實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境的溫度與濕度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)過程的環(huán)境監(jiān)測提供了重要支持。綜上所述，數(shù)字孿生方法使得生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集變得更加精準(zhǔn)和可靠，為生產(chǎn)線的智能化管理和優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支持。

3 結(jié)語

在全球信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)意義上的生產(chǎn)線構(gòu)建過程受到巨大沖擊，數(shù)字孿生作為實(shí)現(xiàn)物理生產(chǎn)線與虛擬生產(chǎn)線相互交融的重要途徑，成為大勢所趨。本文完成了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建，提出了一種生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)，基于此架構(gòu)構(gòu)建了基于數(shù)字孿生的生產(chǎn)線模型與控制系統(tǒng)。利用OPC UA 和Modbus 通信技術(shù)，進(jìn)行了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集框架的構(gòu)建，基于此對數(shù)字孿生系統(tǒng)物理實(shí)體設(shè)備進(jìn)行連接，搭建實(shí)例驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了物理生產(chǎn)線對虛擬模型的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建的可行性。