當自動化遇上 3D 仿真技術(shù)

近一段時間，自動化廠商在 3D 仿真技術(shù)上的各種投入，相信各位都已經(jīng)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(shù)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(guān)系...。

那么，這些自動化廠商為何在 3D 仿真技術(shù)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(lǐng)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(chǎn)品研發(fā)過程中所使用的各類計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件了吧?，F(xiàn)在的這些設(shè)計軟件，不但可以用三維視圖直觀的展示產(chǎn)品設(shè)計外觀，還能夠在由軟件構(gòu)建的虛擬環(huán)境中模擬產(chǎn)品工作時的運行狀態(tài)，并用具體的數(shù)據(jù)通過圖表曲線或顏色變換...等方式呈現(xiàn)出相關(guān)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(shè)計。

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

PicSource：Emulate 3D

不過，工業(yè)制造并不只是產(chǎn)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(chǎn)品是需要經(jīng)過一道道工序批量生產(chǎn)加工出來的，同時包括工廠、車間、生產(chǎn)線和設(shè)備...等在內(nèi)的制造系統(tǒng)，又是由無數(shù)個元器件組裝起來的。

PicSource：siemens.com/press

而有關(guān)這部分的設(shè)計工作，包括設(shè)備物理實體的構(gòu)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。

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

PicSource：B&R Automation

上面所說的這兩種設(shè)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(chǎn)品來說，其實已經(jīng)是比較成熟的功能了。不過，制造體系的運轉(zhuǎn)往往是需要由一套電氣自動化系統(tǒng)來驅(qū)動的，而這部分的可行性驗證，例如：程序邏輯調(diào)整、配置參數(shù)優(yōu)化、系統(tǒng)性能測試...等方面的工作，以往都是在設(shè)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(shù)據(jù)接口，讓自動化程序可以像驅(qū)動實體設(shè)備一樣驅(qū)動計算機環(huán)境中的虛擬設(shè)備，并從中獲得相應的反饋數(shù)據(jù)，如：扭矩、力、位置偏差...等等，那么用戶就可以在還沒有實體設(shè)備的情況下，提前對系統(tǒng)的程序邏輯、動力參數(shù)、綜合性能以及自動化產(chǎn)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(diào)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(shù)時所希望實現(xiàn)的應用場景。

PicSource：Bosch Rexroth | Dassault

事實上，這樣的技術(shù)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(guān)系。至于片頭提到各種“合作”與“并購”關(guān)系，除了在商業(yè)上的推廣合作，在技術(shù)層面估計也就是雙方數(shù)據(jù)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(shù)，但與自動化技術(shù)的結(jié)合卻有機會將其從元器組件和運轉(zhuǎn)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(diào)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(shè)計，從而實現(xiàn)在人力資源上的機電一體化。

PicSource：B&R Automation

另外，隨著自動化系統(tǒng)復雜性的不斷增加，這項技術(shù)會在業(yè)內(nèi)受到越來越多的關(guān)注的，這一點我并不懷疑。但在決定引入這項技術(shù)之前，個人覺得在企業(yè)內(nèi)部還是有幾個比較現(xiàn)實的因素需要去評估的，例如：

有沒有使用 3D 設(shè)計工具的習慣；
是否能夠完成 3D 模型各項詳細參數(shù)的配置，如：密度、摩擦、阻尼、彈性系數(shù)...等等；
能否改變電氣與機械團隊各自為政的局面，打破部門壁壘，從而讓大家展開深層次的技術(shù)合作...
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文章來源：智造商

審核編輯 黃昊宇