達(dá)索系統(tǒng)基于3DEXPERIENCE（3D體驗(yàn)平臺）的機(jī)器人仿真與虛擬孿生解決方案，提供了一個集機(jī)器人和自動化設(shè)備規(guī)劃與驗(yàn)證為一體的虛擬環(huán)境，能夠模擬機(jī)器人在真實(shí)環(huán)境中的工作情況，具有邏輯驅(qū)動設(shè)備技術(shù)和集成的真實(shí)機(jī)器人仿真技術(shù)。

通過3D體驗(yàn)平臺，機(jī)器人工程師可基于三維虛擬環(huán)境高效地進(jìn)行編程、仿真、優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人的行為和任務(wù)。企業(yè)可根據(jù)專業(yè)需要、按需選擇，模擬和管理機(jī)器人搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴涂等專業(yè)應(yīng)用。通過對機(jī)器人進(jìn)行仿真和離線編程，可以驗(yàn)證設(shè)備程序和機(jī)器人邏輯，并輸出機(jī)器人控制器可識別的程序。

3DEXPERIENCE平臺提供了一個集成的虛擬環(huán)境高效地進(jìn)行編程、仿真并優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人的行為和任務(wù)，同時所有仿真過程基于統(tǒng)一的三維沉浸式環(huán)境完成。平臺內(nèi)包括超過1500多種工業(yè)機(jī)器人模型和標(biāo)準(zhǔn)焊槍，具備搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、機(jī)加、噴涂、鉚接、噴丸等多樣性專業(yè)作業(yè)仿真能力，工程師可以基于特定作業(yè)類型非?？焖俚倪M(jìn)行機(jī)器人的離線編程和仿真。

圖 1 3D體驗(yàn)平臺機(jī)器人仿真專業(yè)

3DEXPERIENCE支持多樣化的機(jī)器人作業(yè)場景模擬，包括多機(jī)器人間的協(xié)同作業(yè)過程，以及定義變位機(jī)、傳送帶等自動化設(shè)備以協(xié)調(diào)機(jī)器人加工單元或機(jī)器人整線的作業(yè)過程。

3DEXPERIENCE同時也支持多行業(yè)的機(jī)器人作業(yè)場景模擬，可以將應(yīng)用范圍拓展至帶邏輯控制的多樣性自動化作業(yè)設(shè)備。包括工廠機(jī)器人自動化作業(yè)線、物流運(yùn)輸系統(tǒng)、大型自動化裝備作業(yè)系統(tǒng)等。

除了提供豐富的機(jī)器人庫以支持全球主流機(jī)器人品牌外，3D體驗(yàn)平臺還提供了完善的機(jī)器人自定義功能，幫助工程師快速將機(jī)器人適用于各種仿真場景。工程師可直接在機(jī)器人模型上自定義復(fù)雜零部件，包括附件、刀具、外部軸等；同時平臺提供了機(jī)器人運(yùn)動機(jī)構(gòu)定義和高級運(yùn)動控制器功能，在設(shè)置參數(shù)的過程中，基于沉浸式環(huán)境，工程師可快速示教機(jī)器人作業(yè)動作和邏輯，以確定機(jī)器人是否滿足作業(yè)規(guī)格要求。在定義運(yùn)動機(jī)構(gòu)的過程中，平臺支持集成剛性和柔性兩種運(yùn)動方式，對于柔性運(yùn)動，則可用于機(jī)器人管線包的設(shè)置和運(yùn)動模擬。

工程師通過定義機(jī)器人任務(wù)，并設(shè)置任務(wù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系來編制復(fù)雜機(jī)器人作業(yè)過程；在編制過程中，基于系統(tǒng)提供的機(jī)器人智能示教功能，工程師可動態(tài)設(shè)置機(jī)器人參數(shù)、定義機(jī)器人運(yùn)動軌跡，并可定義機(jī)器人高級作業(yè)邏輯和I/O信號，基于沉浸式虛擬環(huán)境體驗(yàn)機(jī)器人真實(shí)動態(tài)作業(yè)過程。

圖2 機(jī)器人示教

同時3D體驗(yàn)平臺具備完善的機(jī)器人離線編程能力，工程師在機(jī)器人作業(yè)模擬的過程中可快速進(jìn)行離線編程，將經(jīng)過優(yōu)化和驗(yàn)證的機(jī)器人程序傳遞到車間。平臺支持使用高級控制邏輯和I/O程序，支持使用本機(jī)的機(jī)器人語言工具進(jìn)行程序編輯，并可結(jié)合使用生產(chǎn)運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行程序的轉(zhuǎn)換。3D體驗(yàn)平臺支持Fanuc、Kuka、ABB等20余個品牌機(jī)器人后置程序的轉(zhuǎn)換，同時支持基于VB.Net定制轉(zhuǎn)換器，大大提高了機(jī)器人程序員的編程效率。同時由于將編程工作由生產(chǎn)端提前至虛擬驗(yàn)證端，使得機(jī)器人程序準(zhǔn)確性和可用性有了質(zhì)的飛躍，生產(chǎn)周期也大大縮短。

工業(yè)機(jī)器人作業(yè)除了搬運(yùn)、處理、施工外，以自動化焊接、噴涂、鉚接等為主。3DEXPERIENCE平臺支持工程師定義機(jī)器人專業(yè)化作業(yè)參數(shù)和場景（如定義焊槍類型、設(shè)置焊接參數(shù)、定義焊縫等），基于針對作業(yè)目標(biāo)的專業(yè)化作業(yè)要素驅(qū)動機(jī)器人仿真驗(yàn)證，同時輸出離線程序，導(dǎo)入到現(xiàn)場機(jī)器人單元使用。

以弧焊為例，3D體驗(yàn)平臺支持基于焊接產(chǎn)品的幾何設(shè)計(jì)自動生成弧焊焊接路徑，同時焊接路徑易于編輯。在定義無干涉焊接路徑時，可以綜合考慮多個變量，包括關(guān)節(jié)配置、機(jī)器人設(shè)備和工作單元布局。工程師除了定義常規(guī)的機(jī)器人運(yùn)動軌跡外，可以設(shè)置弧焊參數(shù)（包括起弧、收弧、擺焊、尋位等參數(shù)的設(shè)定），而后基于設(shè)置好的弧焊參數(shù)配置，創(chuàng)建機(jī)器人任務(wù)，并通過智能示教進(jìn)行進(jìn)一步焊接仿真工作。仿真驗(yàn)證完成后進(jìn)行離線程序輸出并發(fā)送至現(xiàn)場機(jī)器人工位。

其他作業(yè)類型，3D體驗(yàn)平臺均支持完善的機(jī)器人仿真與離線編程功能。如點(diǎn)焊（或鉆、鉚接），系統(tǒng)支持鉆、鉚槍以及伺服槍的選擇和作業(yè)，支持定點(diǎn)操作的夾具點(diǎn)定義，基于焊點(diǎn)快速生成機(jī)器人軌跡等。

圖3 典型專業(yè)機(jī)器人仿真與離線編程

在機(jī)器人仿真的基礎(chǔ)上，3D體驗(yàn)平臺支持機(jī)器人虛擬聯(lián)調(diào)，提供與PLC和SCADA系統(tǒng)相連接的數(shù)字化實(shí)時虛擬產(chǎn)線仿真場景，幫助工程師虛擬地執(zhí)行測試、驗(yàn)證、優(yōu)化和確認(rèn)機(jī)器人生產(chǎn)活動，支持在生產(chǎn)前進(jìn)行完整的模擬和驗(yàn)證。通過虛擬聯(lián)調(diào)，工程師可將機(jī)器人真實(shí)作業(yè)場景和虛擬仿真場景連接，用于機(jī)器人控制場景和方案的設(shè)計(jì)，并優(yōu)化產(chǎn)線布局和優(yōu)化驗(yàn)證機(jī)器人離線程序、節(jié)拍和作業(yè)路徑。

圖4 3D體驗(yàn)平臺虛擬調(diào)試

3D體驗(yàn)平臺支持工程師測試和調(diào)試所有程序（機(jī)器人，夾具，AGV…），驗(yàn)證I/O和HMI運(yùn)行狀態(tài)，并通過在虛擬模型中創(chuàng)建臨界狀態(tài)來測試安全性。通過虛擬聯(lián)調(diào)，可驗(yàn)證PLC程序、機(jī)器人程序、電氣/氣動邏輯、生產(chǎn)速率等自動化生產(chǎn)要素。

基于3D體驗(yàn)平臺，工程師可進(jìn)行多PLC的調(diào)試作業(yè)，包括創(chuàng)建虛擬PLC，連接多品牌實(shí)際PLC，軟件在環(huán)，硬件在環(huán)，且系統(tǒng)支持多種程序編程語言、多種PLC通訊協(xié)議。同時，3D體驗(yàn)平臺支持復(fù)雜產(chǎn)線多控制信號聯(lián)調(diào)，包括多級別虛擬調(diào)試（設(shè)備/工位/產(chǎn)線），以及虛實(shí)雙向交互控制。

圖5 復(fù)雜產(chǎn)線多控制信號聯(lián)調(diào)

根據(jù)實(shí)例驗(yàn)證，通過3DEXPERIENCE平臺虛擬聯(lián)調(diào)，企業(yè)可顯著減少現(xiàn)場調(diào)試時間，減少產(chǎn)線搭建時的錯誤和返工，并提升產(chǎn)線質(zhì)量和可靠的PLC代碼，同時驗(yàn)證多個方案并取得最優(yōu)解。

虛擬孿生即為物理工廠及其生產(chǎn)過程數(shù)字化表達(dá)的融合。基于3D體驗(yàn)平臺，構(gòu)建高精度虛擬仿真模型和場景，實(shí)現(xiàn)虛擬世界和物理世界一一對應(yīng)與數(shù)據(jù)同步，并通過實(shí)際連接媒介（PLC、SACADA、IOT...）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，建立虛擬系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與實(shí)時聯(lián)動，此為構(gòu)建虛擬孿生的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與基本框架。

在此基礎(chǔ)上，3DEXPERIENCE平臺虛擬孿生可幫助企業(yè)在實(shí)際投入生產(chǎn)之前即能在虛擬環(huán)境中優(yōu)化、仿真和測試；在生產(chǎn)過程中也可同步優(yōu)化整個生產(chǎn)流程，最終實(shí)現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新上市，鍛造企業(yè)持久競爭力。

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