使用DELMIA虚拟调试：变革工业自动化
虽然仿真代表了对系统行为建模的广泛方法，而虚拟调试则专注于在实际部署前测试和验证控制程序。
介绍
制造业竞争比以往任何时候都激烈。企业需要更快、更低风险地启动新的生产线。虚拟调试通过让您在安装任何实体设备前测试和验证自动化系统，实现这一目标。你在虚拟世界解决问题之前，先解决它们在现实世界中造成昂贵延迟。这意味着你可以及早发现问题，优化性能，并控制操作员——所有这些都在数字化环境中。
DELMIA提供全面的虚拟调试解决方案，涵盖从机器人编程到完整工厂仿真的所有环节。你可以编程和模拟机器人，虚拟测试PLC代码，验证整个生产线，并将你的虚拟孪生连接到真实控制模型。
通过DELMIA虚拟调试，问题可以在制作开始前很久就被发现并解决。采用该方案的制造商已实现多达60%的调试时间缩短，实现更快的生产升级、增强信心和降低整体成本。
在本博客中，了解DELMIA虚拟调试如何赋能制造商更聪明地工作，更快启动生产，并自信地创新。
一个。什么是虚拟委托？
启动一条新的生产线通常意味着要应对关键问题：机器人无法协同工作、设备不同步以及安装过程中的长时间延迟。在工业环境中实施自动化系统通常会在开发生命周期中遇到一系列挑战。
常见的调试挑战
系统互作性：PLC、传感器、机器人和MES/SCADA系统可能无法正常通信
软件漏洞或编程不完整：控制软件或人机界面（HMI）中的逻辑错误可能导致故障或不安全行为
测试不足：缺乏模拟或干运行测试意味着问题只能在真实负载下进行表面，存在意外停机的风险
安全问题：如果安全系统未完全启用，操作员可能会面临意外的移动或碰撞
工作流程中断：自动化频繁停滞或错误可能导致延误、重工甚至材料损坏，需要人工干预
这些挑战共同强调了为何早期虚拟验证已成为现代工业实施的关键。为了有效解决这些问题，组织可以在实体施工开始前实施虚拟调试，并配备详细的虚拟孪生，以模拟正常作和异常场景。
虚拟委托的定义
虚拟调试是一种基于仿真的过程，在物理实施前验证和优化控制系统和自动化。它允许在虚拟环境中进行测试和排查，降低了实际调试的风险、成本和时间。
虚拟委托需要三个关键要素：
虚拟双胞胎代表细胞/生产线/工厂（机器人、输送机、机电设备）的设备行为
控制逻辑，嵌入于PLC上
虚拟孪生与PLC之间的通信接口
目标是在线路实施项目的早期阶段，使所有利益相关者能够高效协作。
超越简单模拟
虚拟调试不仅仅是仿真——它更进一步。虽然仿真代表了系统行为建模的广泛方法，但虚拟调试专注于在实际部署前测试和验证控制程序。传统仿真帮助制造商了解系统可能的性能，但缺乏虚拟调试所提供的与真实控制系统的直接连接。
B. DELMIA：虚拟调试的全面解决方案
达索系统提供全面的解决方案，设计、模拟和优化自动化设备的虚拟孪生——从单个机器到拥有多条自动化生产线的完整工厂。通过准确表示真实生产线，该虚拟模型成为控制系统验证的真实来源，实现与控制软硬件无缝连接。
通过DELMIA，您可以模拟机器人运动、设备行为，并将控制逻辑连接起来测试真实自动化流程。让我们来探讨DELMIA如何涵盖完整的虚拟调试工作流程。
1. 准备机器人任务：验证周期时间、可达性和无碰撞运动
在制造或装配站上实施机器人时，主要目标是确保机器人任务符合所需规格，同时优化其路径和周期时间。最初，这在安全考虑和与其他资源（如输送机、千斤顶、传感器等）同步的情况下独立进行。
通过充分利用 DELMIA Robotics机器人程序员可以从产品的3D模型出发，验证和优化各种工业流程中的无碰撞机器人运动——包括点焊/电弧焊、喷漆、挑选、钻孔和铆接。验证完成后，机器人程序员可以通过将DELMIA的语言翻译成本地机器人语言，并在虚拟环境中使用真实机器人控制器软件（VRC或RCS）来“下载”机器人程序。
2. 模型在环（MiL）模拟：将DELMIA机器人与ControlBuild连接起来
在运行共仿之前，虚拟孪生必须在两个环境中完成：
在DELMIA中：定义传感器、输送段、源头和汇，并创建所有机械设备及其运动学
在ControlBuild中：通过从设备库中选择设备，详细说明非机器人控制器控制的机电设备（输送机、气缸等）在能量、速度及其他参数上的行为，定义工厂行为模型
在 MiL 中，控制模型可以发展为ControlBuild使用IEC-61131定义的任何PLC编程语言（梯形图、顺序函数图、结构化文本等）。这作为未来PLC代码（独立于PLC品牌）的原型，定义了工艺顺序和安全管理。
此外，可以在共仿真过程中设计和使用交互式虚拟用户界面。通过该面板，操作员可以可视化过程状态上的指示器（传感器检测值、机器人状态、控制程序状态），并通过用户指令（按钮、紧急停止）进行影响。这对于测试各种场景非常宝贵。
MiL模拟的目标有两个方面：
验证并优化车站/线路的虚拟孪生（包括圆筒设计、传感器定位、输送机速度、安全方面）
验证将管理制造过程的控制程序概念
3. 软件在环（SiL）仿真：将DELMIA机器人和ControlBuild连接到虚拟PLC
此阶段，虚拟孪生（包括工厂行为模型）仍被 ControlBuild 和 DELMIA 代表。然而，控制模型现在由虚拟PLC执行和模拟，控制程序是在PLC开发框架内开发的。我们不再使用原型，重点转向验证和优化最终控制程序。
我们解决方案的一个关键优势是其供应商中立性：我们可以将虚拟孪生连接到任何虚拟PLC。得益于专门为此目的开发的ControlBuild驱动，我们可以集成多家公司的硬件提供商工具。
以下视频演示了用两种竞争方案运行的同一模拟：一部分使用Omron SYSMAC PLC代码，另一部分使用西门子TIA Portal PLC代码，并用PLCSim Advanced模拟。这清楚地展示了我们的解决方案能够无缝连接任何平台，无论供应商为何。
在硅质层验证过程中，为 MiL 开发的控制面板可以被用于软件验证。HMI还可以连接到Twin进行测试，从而实现控制程序和HMI的联合验证。这种方法允许测试多种场景并可视化对控制/HMI的影响，甚至可用于高级操作员培训。
4. 硬件环路（HiL）：将DELMIA机器人和ControlBuild连接到物理PLC
最终测试方法是HiL仿真，其中虚拟孪生连接到真实硬件组件，而非虚拟PLC。这种方法是虚拟调试中常见且经过验证的做法，因为它确保硬件在真实环境中与软件正常工作。通过实际硬件测试，HiL有助于发现纯软件模拟中难以检测的问题。
与SiL一样，ControlBuild提供通信驱动程序，使得通过工业协议（EtherCAT、OPC-UA、Modbus-TCP等）与硬件通信。
然而，SiL相较于HiL有几个优势：
更快的开发与测试：控制算法可以在无需物理硬件搭建或调试的情况下更快地测试
灵活性：在优化控制策略或测试不同场景时尤其有用
可扩展性：测试场景或同时运行多个仿真更为简单，只需计算资源而非物理硬件
C. 虚拟委托的好处
制造运营通过早期虚拟验证获得了显著优势。实施该方法的公司报告称，在工厂验收测试期间，调试时间缩短了40%-60%，并实现了显著的成本节约。
该技术在无风险环境中为操作员提供全面的技能发展，使团队能够掌握复杂流程，然后再作实体设备。这意味着减少工伤事故并提高运营效率。
除了即时的运营收益外，虚拟调试通过提供相关数据以促进持续改进，彻底改变了传统调试。例如，一家大型汽车制造商通过虚拟识别并解决集成问题，将生产线设置时间从8周缩短到仅3周。
总结
虚拟调试带来：
生产性能提升
减少现场检测要求
降低能耗
更少的材料浪费
新生产线的更快上市时间
DELMIA的虚拟调试不仅仅是一个测试工具，更是一种战略性方法，改变了现代制造商实现自动化系统的方式。
