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當自動化遇上 3D 仿真技術......

2257286 2021-01-20 | pdf | 918.79KB | 次下載 | 2積分

資料介紹

近一段時間，自動化廠商在 3D 仿真技術上的各種投入，相信各位都已經看到了吧。

PicSource：B&R Automation

比如：施家與 AVEVA 之間的并購；貝加萊今年 2 月推出了數字化仿真接口軟件 B&R MapleSim Connector；羅家在今年早些時候收購了 3D 仿真軟件公司 Emulator 3D；ABB 也在前不久宣布與達索建立戰(zhàn)略合作伙伴關系...。

那么，這些自動化廠商為何在 3D 仿真技術上做如此大手筆的投入，其實際意義又何在呢？本期，咱們就一道來聊一下。

PicSource：siemens PLM | NX

首先，在工業(yè)領域，如果提到 3D 這個名詞，我們馬上就能想到的，通常應該就是大家在產品研發(fā)過程中所使用的各類計算機輔助設計（CAD）軟件了吧?，F(xiàn)在的這些設計軟件，不但可以用三維視圖直觀的展示產品設計外觀，還能夠在由軟件構建的虛擬環(huán)境中模擬產品工作時的運行狀態(tài)，并用具體的數據通過圖表曲線或顏色變換...等方式呈現(xiàn)出相關物理量（如：熱傳導、流量、壓力、膨脹、摩擦、應力...等）的動態(tài)趨勢。我把這稱作是元器件級別的仿真設計。

PicSource：Dassault | SolidWorks

它的意義在于，加速了產品設計時的交互反饋，讓研發(fā)人員有機會及時看到參數調整后設計結果的變化，這一方面有助于降低產品設計風險，另一方面則可以幫助企業(yè)減少在產品研發(fā)過程中的試驗次數和測試元件的消耗數量，并縮短研發(fā)周期。

PicSource：Emulate 3D

不過，工業(yè)制造并不只是產品元器件層面的事情，它同時也是面向制造流程的。簡單來說，產品是需要經過一道道工序批量生產加工出來的，同時包括工廠、車間、生產線和設備...等在內的制造系統(tǒng)，又是由無數個元器件組裝起來的。

PicSource：siemens.com/press

而有關這部分的設計工作，包括設備物理實體的構建、系統(tǒng)工作流程以及各組件運行狀態(tài)的模擬仿真，其實也都是可以通過使用 3D 軟件來完成的。換言之，用戶是可以在 3D 軟件的虛擬環(huán)境中，提前對制造系統(tǒng)的運行狀況和綜合效率進行驗證和評估的。

PicSource：AVEVA | E3D

不難看出，這將有助于企業(yè)減少系統(tǒng)建設時的試錯成本、縮短產品的入市周期。而這種系統(tǒng)級的仿真設計方法，不僅適合機器自動化設備，同樣也適用于流程工業(yè)領域。

PicSource：B&R Automation

上面所說的這兩種設計仿真，一個是元器件層面的，一個是面向系統(tǒng)流程的，它們對于現(xiàn)在各家主流 3D 軟件產品來說，其實已經是比較成熟的功能了。不過，制造體系的運轉往往是需要由一套電氣自動化系統(tǒng)來驅動的，而這部分的可行性驗證，例如：程序邏輯調整、配置參數優(yōu)化、系統(tǒng)性能測試...等方面的工作，以往都是在設備實體搭建完成后才能夠進行的。

PicSource：B&R Automation

如果能夠在自動化軟件與 3D 模型之間建立起一套數據接口，讓自動化程序可以像驅動實體設備一樣驅動計算機環(huán)境中的虛擬設備，并從中獲得相應的反饋數據，如：扭矩、力、位置偏差...等等，那么用戶就可以在還沒有實體設備的情況下，提前對系統(tǒng)的程序邏輯、動力參數、綜合性能以及自動化產品本身的運行狀態(tài)進行測試、驗證和優(yōu)化，從而幫助縮短系統(tǒng)的開發(fā)與調試周期，降低總體投資風險。目測這應該就是自動化品牌投資 3D 仿真技術時所希望實現(xiàn)的應用場景。

PicSource：Bosch Rexroth | Dassault

事實上，這樣的技術概念早在十年前羅家和達索合作的運動分析軟件中，就曾經出現(xiàn)過。而從各家現(xiàn)已公布的資料看，要實現(xiàn)上述系統(tǒng)性能仿真的應用場景，他們中很多其實都已經有比較成熟的解決方案了。比如上面這個 Rexroth 和達索合作的瓦楞紙包裝應用；再比如西家 07 年收購 UG 后，在其 PLM 產品中推出的 NX MCD。盡管軟件應用環(huán)境有所差異，但原理都是相通的，就是在自動化應用與 3D 虛擬模型的之間建立變量的對應關系。至于片頭提到各種“合作”與“并購”關系，除了在商業(yè)上的推廣合作，在技術層面估計也就是雙方數據接口的相互開放與標準化的意思吧。

PicSource：ARC Group

可以說，3D 仿真本身并算不上是什么新的技術，但與自動化技術的結合卻有機會將其從元器組件和運轉流程的級別擴展到了系統(tǒng)性能的層面。有觀點認為，這有可能徹底改變機械、電氣、軟件、調試、甚至銷售與售后服務...等各部門的團隊合作模式，讓自動化工程師可以更早的介入系統(tǒng)設計，從而實現(xiàn)在人力資源上的機電一體化。