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關鍵詞：達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺，虛擬調試，Virtual Commissioning，DELMIA，ControlBuild

摘要：本文主要介紹基于達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的虛擬調試解決方案，借助平臺DELMIA相關模塊和CATIA ControlBuild，用戶可以對產線及設備的運動過程和控制邏輯進行虛擬仿真和驗證。

為什么需要虛擬調試
傳統(tǒng)模式下，產線建設按照串行的方式完成設計、制造和現(xiàn)場安裝調試，其中包括廠房、機械、電氣等各個專業(yè)領域施工的交叉和協(xié)作。因此，企業(yè)往往面臨現(xiàn)場安裝調試階段大量的返工問題，最終可能影響交付工期和項目成本。隨著數(shù)字化工廠軟件技術不斷成熟，企業(yè)可以在產線方案設計階段引入虛擬調試技術，進行產線虛擬仿真和驗證，從而提前消除潛在的問題，避免調試期間造成重大損壞，減少現(xiàn)場的停機時間，確保項目交付周期、成本和質量。如下圖所示，采用達索虛擬調試技術將會對項目產生的價值：

虛擬調試總體方案
在達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺環(huán)境下，用戶可以完整定義產線的3D布局和設備參數(shù)，與物理世界進行場景映射和連接，進而在計算機虛擬環(huán)境下，執(zhí)行預定義的路徑和控制邏輯，發(fā)現(xiàn)并消除潛在的故障，實現(xiàn)工業(yè)機器人等自動化設備的運動仿真，產線設備運動PLC控制邏輯仿真驗證。如下圖所示，基于達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的虛擬調試系統(tǒng)架構。

達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺支持以下兩種方式實現(xiàn)虛擬模型與外部軟件及物理設備的連接：
1.CATIA ControlBuild通過共享內存的方式，實現(xiàn)達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺與外部世界高實時性的連接；此外，ControlBuild也能實現(xiàn)OPC UA方式的連接。OPC UA（Unified Architecture，統(tǒng)一架構）是下一代的OPC標準，通過提供一個完整的，安全和可靠的跨平臺的架構，以獲取實時和歷史數(shù)據(jù)和時間。
2.搭建第三方OPC Server，通過OPC DA方式實現(xiàn)達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺與外部軟件的連接，適用于一些簡單的應用場景。

虛擬調試應用場景
本文使用第一種CATIA ControlBuild方式進行虛擬調試場景的說明。
達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺虛擬調試解決方案根據(jù)實際用戶需求，可以分為如下圖所示三個應用層次，模型在環(huán)、軟件在環(huán)和硬件在環(huán)。

模型在環(huán)：通過達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺和ControlBuild構建虛擬模型進行仿真。
軟件在環(huán)：在達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺和ControlBuild的基礎上，將ControlBuild的控制邏輯下載到與之連接的PLC模擬器進行虛擬驗證。
硬件在環(huán)：在達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺和ControlBuild的基礎上，將ControlBuild的控制邏輯下載到與之連接的PLC硬件控制器進行虛擬驗證。

虛擬調試過程展示
本節(jié)將以模型在環(huán)為例進行虛擬調試過程詳細說明。
1. 在DELMIA中創(chuàng)建IO
在制造單元和工作站級別上分別創(chuàng)建輸入/輸出IO信號，以實現(xiàn)制造單元中所有工作站之間的通信。

2.在ControlBuild中創(chuàng)建控制軟件
ControlBuild的功能窗口展示了已經(jīng)定義好的梯形圖程序和簡單的用戶界面。梯形圖程序控制邏輯操作，與PLC程序保持同步；用戶界面則可以看到虛擬場景中的執(zhí)行進度，完成某些任務的指示燈等。

3. 從ControlBuild生成FMU連接器
控制軟件開發(fā)完成后，可以創(chuàng)建一個FMU（Functional Mock-Up）連接器，允許ControlBuild和達索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺在共享內存中讀取和寫入信息。

4. 在DELMIA中映射FMU IO
在DELMIA制造單元中創(chuàng)建一個邏輯控制器把FMU聯(lián)系起來，以便它可以使用FMU寫入共享內存。