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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(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與控制系統(tǒng)、以及設(shè)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受(1ms或者更短)，因此在新工廠的實(shí)施過程中，普遍采用的都是Pofinet作為工業(yè)通信協(xié)議。

然而，數(shù)字孿生工廠的構(gòu)建不僅需要現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)互通，也需要構(gòu)建虛擬孿生仿真模型與實(shí)體設(shè)備之間的實(shí)時(shí)映射，其關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可概括如下：

(1)工廠孿生模型建模

孿生模型的建立需要構(gòu)建不同領(lǐng)域?qū)嶓w的統(tǒng)一邏輯結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同類型的物理實(shí)體和功能，以及實(shí)體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，構(gòu)建相應(yīng)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(chǎn)品與設(shè)備，不同設(shè)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(shí)體的實(shí)時(shí)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(chǎn)過程實(shí)時(shí)映射

孿生模型對(duì)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)關(guān)鍵動(dòng)作、關(guān)鍵行為和狀態(tài)的映射是數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用。

在生產(chǎn)制造過程中，參與制造活動(dòng)的關(guān)鍵要素分為人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境，因此工廠生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生概念模型可以描述為：

可以觀察到，每個(gè)工廠的工業(yè)制造現(xiàn)場(chǎng)都會(huì)存在著大量來自不同廠家及采用不同技術(shù)的產(chǎn)品與設(shè)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(gòu)設(shè)備實(shí)時(shí)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(chǎng)傳感器可將感知的信號(hào)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)互通。

虛擬空間對(duì)物理空間的映射是數(shù)字孿生車間運(yùn)行的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)映射后，在虛擬空間中對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況的分析與優(yōu)化將會(huì)更加智能化。

我們以一條U盤產(chǎn)線的為例子，下面是產(chǎn)線的簡(jiǎn)易布局圖：

針對(duì)各個(gè)作業(yè)區(qū)設(shè)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(chǎng)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(duì)孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以驅(qū)動(dòng)孿生模型的實(shí)時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人員、產(chǎn)品等孿生模型狀態(tài)與實(shí)際生產(chǎn)線的一致。

總結(jié)：

數(shù)字孿生車間作為一種車間運(yùn)行新模式，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云制造、中國(guó)制造 2025 等先進(jìn)制造模式和戰(zhàn)略具有重要作用。

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