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制造業(yè)數字化的一大核心理念是打造數字孿生工廠(chǎng)，而工廠(chǎng)的數字孿生，自然離不開(kāi)設備與設備、設備與控制系統、以及設備與仿真模型之間的通信。Pofinet作為新一代工業(yè)總線(xiàn)通信協(xié)議，能夠在工業(yè)系統中收集并傳輸數據，并且可以實(shí)現實(shí)時(shí)數據的發(fā)送和接受(1ms或者更短)，因此在新工廠(chǎng)的實(shí)施過(guò)程中，普遍采用的都是Pofinet作為工業(yè)通信協(xié)議。

然而，數字孿生工廠(chǎng)的構建不僅需要現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)互通，也需要構建虛擬孿生仿真模型與實(shí)體設備之間的實(shí)時(shí)映射，其關(guān)鍵技術(shù)標準可概括如下：

(1)工廠(chǎng)孿生模型建模

孿生模型的建立需要構建不同領(lǐng)域實(shí)體的統一邏輯結構，針對不同類(lèi)型的物理實(shí)體和功能，以及實(shí)體產(chǎn)生的數據，構建相應虛擬空間孿生模型。

(2)孿生數據采集與傳輸

工廠(chǎng)車(chē)間存在眾多來(lái)自不同廠(chǎng)商的各類(lèi)產(chǎn)品與設備，不同設備的接入方式、數據類(lèi)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，須有安全且穩定的數據采集及傳輸方式。

(3)工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)映射

孿生模型對物理實(shí)體的實(shí)時(shí)關(guān)鍵動(dòng)作、關(guān)鍵行為和狀態(tài)的映射是數字孿生技術(shù)的基礎應用。

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

可以觀(guān)察到，每個(gè)工廠(chǎng)的工業(yè)制造現場(chǎng)都會(huì )存在著(zhù)大量來(lái)自不同廠(chǎng)家及采用不同技術(shù)的產(chǎn)品與設備，其接口協(xié)議等也各不相同。為了解決數字孿生工廠(chǎng)中異構設備實(shí)時(shí)數據的獲取與傳輸問(wèn)題，需要建立統一的通訊方式——Pofinet。

基于Pofinet通信協(xié)議，車(chē)間現場(chǎng)傳感器可將感知的信號發(fā)送給現場(chǎng)的控制模塊，比如，PLC控制模塊、Mes系統、WMS系統等等，做到現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)互通。

虛擬空間對物理空間的映射是數字孿生車(chē)間運行的基礎。實(shí)現實(shí)時(shí)映射后，在虛擬空間中對實(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(pán)產(chǎn)線(xiàn)的為例子，下面是產(chǎn)線(xiàn)的簡(jiǎn)易布局圖：

針對各個(gè)作業(yè)區設備及人員的屬性及需求，我們建立如下數字孿生模型：

接著(zhù)我們利用孿生模型的開(kāi)放接口與現場(chǎng)的Pofinet協(xié)議局域網(wǎng)相連接，通過(guò)建立的數據交互軟件對孿生數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以驅動(dòng)孿生模型的實(shí)時(shí)運行，實(shí)現設備、人員、產(chǎn)品等孿生模型狀態(tài)與實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)的一致。

總結：

數字孿生車(chē)間作為一種車(chē)間運行新模式，對實(shí)現工業(yè) 4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云制造、中國制造 2025 等先進(jìn)制造模式和戰略具有重要作用。

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