当自动化遇上 3D 仿真技术

近一段时间，自动化厂商在 3D 仿真技术上的各种投入，相信各位都已经看到了吧。

PicSource：B&R Automation

比如：施家与 AVEVA 之间的并购；贝加莱今年 2 月推出了数字化仿真接口软件 B&R MapleSim Connector；罗家在今年早些时候收购了 3D 仿真软件公司 Emulator 3D；ABB 也在前不久宣布与达索建立战略合作伙伴关系...。

那么，这些自动化厂商为何在 3D 仿真技术上做如此大手笔的投入，其实际意义又何在呢？本期，咱们就一道来聊一下。

PicSource：siemens PLM | NX

首先，在工业领域，如果提到 3D 这个名词，我们马上就能想到的，通常应该就是大家在产品研发过程中所使用的各类计算机辅助设计（CAD）软件了吧。现在的这些设计软件，不但可以用三维视图直观的展示产品设计外观，还能够在由软件构建的虚拟环境中模拟产品工作时的运行状态，并用具体的数据通过图表曲线或颜色变换...等方式呈现出相关物理量（如：热传导、流量、压力、膨胀、摩擦、应力...等）的动态趋势。我把这称作是元器件级别的仿真设计。

PicSource：Dassault | SolidWorks

它的意义在于，加速了产品设计时的交互反馈，让研发人员有机会及时看到参数调整后设计结果的变化，这一方面有助于降低产品设计风险，另一方面则可以帮助企业减少在产品研发过程中的试验次数和测试元件的消耗数量，并缩短研发周期。

PicSource：Emulate 3D

不过，工业制造并不只是产品元器件层面的事情，它同时也是面向制造流程的。简单来说，产品是需要经过一道道工序批量生产加工出来的，同时包括工厂、车间、生产线和设备...等在内的制造系统，又是由无数个元器件组装起来的。

PicSource：siemens.com/press

而有关这部分的设计工作，包括设备物理实体的构建、系统工作流程以及各组件运行状态的模拟仿真，其实也都是可以通过使用 3D 软件来完成的。换言之，用户是可以在 3D 软件的虚拟环境中，提前对制造系统的运行状况和综合效率进行验证和评估的。

PicSource：AVEVA | E3D

不难看出，这将有助于企业减少系统建设时的试错成本、缩短产品的入市周期。而这种系统级的仿真设计方法，不仅适合机器自动化设备，同样也适用于流程工业领域。

PicSource：B&R Automation

上面所说的这两种设计仿真，一个是元器件层面的，一个是面向系统流程的，它们对于现在各家主流 3D 软件产品来说，其实已经是比较成熟的功能了。不过，制造体系的运转往往是需要由一套电气自动化系统来驱动的，而这部分的可行性验证，例如：程序逻辑调整、配置参数优化、系统性能测试...等方面的工作，以往都是在设备实体搭建完成后才能够进行的。

PicSource：B&R Automation

如果能够在自动化软件与 3D 模型之间建立起一套数据接口，让自动化程序可以像驱动实体设备一样驱动计算机环境中的虚拟设备，并从中获得相应的反馈数据，如：扭矩、力、位置偏差...等等，那么用户就可以在还没有实体设备的情况下，提前对系统的程序逻辑、动力参数、综合性能以及自动化产品本身的运行状态进行测试、验证和优化，从而帮助缩短系统的开发与调试周期，降低总体投资风险。目测这应该就是自动化品牌投资 3D 仿真技术时所希望实现的应用场景。

PicSource：Bosch Rexroth | Dassault

事实上，这样的技术概念早在十年前罗家和达索合作的运动分析软件中，就曾经出现过。而从各家现已公布的资料看，要实现上述系统性能仿真的应用场景，他们中很多其实都已经有比较成熟的解决方案了。比如上面这个 Rexroth 和达索合作的瓦楞纸包装应用；再比如西家 07 年收购 UG 后，在其 PLM 产品中推出的 NX MCD。尽管软件应用环境有所差异，但原理都是相通的，就是在自动化应用与 3D 虚拟模型的之间建立变量的对应关系。至于片头提到各种“合作”与“并购”关系，除了在商业上的推广合作，在技术层面估计也就是双方数据接口的相互开放与标准化的意思吧。

PicSource：ARC Group

可以说，3D 仿真本身并算不上是什么新的技术，但与自动化技术的结合却有机会将其从元器组件和运转流程的级别扩展到了系统性能的层面。有观点认为，这有可能彻底改变机械、电气、软件、调试、甚至销售与售后服务...等各部门的团队合作模式，让自动化工程师可以更早的介入系统设计，从而实现在人力资源上的机电一体化。

PicSource：B&R Automation

另外，随着自动化系统复杂性的不断增加，这项技术会在业内受到越来越多的关注的，这一点我并不怀疑。但在决定引入这项技术之前，个人觉得在企业内部还是有几个比较现实的因素需要去评估的，例如：

有没有使用 3D 设计工具的习惯；
是否能够完成 3D 模型各项详细参数的配置，如：密度、摩擦、阻尼、弹性系数...等等；
能否改变电气与机械团队各自为政的局面，打破部门壁垒，从而让大家展开深层次的技术合作...
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文章来源：智造商

审核编辑 黄昊宇