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為什麼工廠或自動化公司的高階主管,更需要數位元分身(Digital twins)?

 

從規劃設計到實體(規劃產線)的整個生命週期過程都是複雜且昂貴的階段,尤其是實際上線運作後才發現問題所在,而這些改善過程的時間、人事、設備…等各種成本,高達數百萬或甚至千萬不等的費用,且一邊是產線接單的交期壓力,而另一邊則是驗收未達條件的違約罰款,對雙方都是得不償失。

 

數位分身(Digital twins)是實體自動化產線的照妖鏡,當事情尚未在實體層面發生的時候,透過3D模擬分析整個運作過程,真實且精確地呈現現實情況的問題點,並立即找處解決方案與改善,大量節省30%以上的各種成本,提升營運效能以及市場競爭力。


應用

 

n  工業4.0數位分身

n  新建和現有工廠和工作站佈局規劃

n  機器連結關係

n  週期時間規劃和優化

n  自動計算工件表面和沿輪廓的處理軌跡及可選手動後處理

n  以製造商的語言對機器人進行離線編程

n  機器人和其他運動學的可達性和碰撞分析

n  驗證PLC控制器程式

n  使用真實PLC和實際總線進行虛擬調試

n  即時互動式虛擬實境工廠

n  建立展示和訓練用影片


您不得不使用智慧機械虛擬調試(commissioning)系統的龐大效益

 

n  解決30%以上溝通問題,設備商與工廠端的自動化專案規劃以3D動態模擬方式呈現

n  縮短75%規劃機械手臂(Robot)加工路徑時程,整合CNC與周邊設備並分析碰撞風險

n  縮短80% 的機器週期時間(MCT)規劃,從數小時的重新規劃變為10分鐘即調整完成

n  提升OEE數值,分析多餘的動作、過長的等待…等,精準算出Cycle time並優化改善

n  節省數百萬的事後改善費用,使用3D模擬自動化產線運作過程預先規劃正確的方案

n  減少高額的人事與交通費用支出,整合線上會議並以3D動態模擬畫面進行專案討論

n  解決不同部門的合作開發問題,機械人員與電控人員,透過模擬平台進行即時溝通

n  精確決策設備投資效益,使用模擬驗證CNC、自動化設備、RobotAGV的整合方案

n  無風險且靈活的換線規劃,建立自動化產線數位分身並快速驗證各種方案的可行性

n  一條龍式的整體效益,從接案、概念評估、設計驗證、模擬運行、訓練與VR展示等


註:點圖可看詳細大圖


主程式模組

 

主程式可對幾何,機械和電氣進行建模和模擬。

 

 

幾何模型功能

 

n  模型元素的幾何多面體之()(頂點)關係由層次結構的樹狀圖所組成。

n  直角坐標系統描述所有元素的位置和方向

n  簡單的CAD功能,讓客戶輕鬆將物體進行平移與旋轉

n  支援可切換的幾何細節級別,增加模擬運行效能。

n  渲染(Render clones)功能可呈現物體精緻材質。

n  視覺化的標註Layout尺寸,組件和間隙


機械模型功能

 

n  沒幾何外觀也可以進行運動學建模

n  複雜運動學可建模為平移和旋轉軸的組合方式

n  支援使用者自定義的運動學與Denavit-Hartenberg參數

n  支援工件和物件之間的夾持程式

n  透過電氣輸入(Electrical Inputs)控制使用者自定義的控制器程式,進行控制機械組鍵和運動鏈的運動模式


力學模擬

 

n  功能齊全的運動,即使沒有幾何也能設計

n  複雜運動學可建模為平移和旋轉軸的序列

n  用戶定義的運動學與Denavit-Hartenberg參數

n  抓取程式的工件和部件的運動

n  透過電氣輸入,教學位置或用戶定義的控制器程式控制機械組件和運動鏈


電動模型

 

n  數位與類比的I/Os用於真實的電氣建模相容用於管理電氣連接和電路圖規劃的I / O面板

n  工廠部件I/Os的分層顯示

n  清晰排列圖表可以自由選擇顯示的I / O

n  I / O的圖形連接可視化,顯示連結的對應I / O

n  I / O的訊號值的顯示和可進行手動設定

n  分配和資源標籤和項目名稱的管理


建模功能

 

n  運動路徑(linear, PTP, circular, spline)和Robot移動和動畫的路徑節點

n  模擬中用於計算的嵌套對象函數:算術(arithmetic),三角函數(trigonometry),邏輯代數(boolean algebra)

n  語言控制結構,對模型(幾何,力學和電氣)的靜態和動態屬性的存取,隨機數等。

n  用於自動幾何捕捉的連接器和觸發器以及I / O的功能連接以及建模和模擬期間的夾持關係

n  組件的自由變形縮放用於用戶定義的模型庫組件,還適用於機械的功能元件

n  分層引用現成範例模型

n  模型庫:幾何圖形,紋理和材料,I / O控制器,交互元素


模擬

 

n  運動3D模擬與自動即時控制

n  離散時間模擬:用戶定義的模擬週期低至1 ms

n  模擬運行的確定性再現

n  模擬期間創建和刪除元素的對像源和匯點

n  任意數量的同時模擬控制器,例如: RobotI / O控制器或PLC,以上僅受僱用的計算機的性能的限制。

n  模擬期間運行程式可逐行顯示序列跟蹤

n  繪製和輸出特徵曲線,例如位置、速度、加速度、I / O值和多個性能數據


可視化

 

n  高性能渲染器,用於逼真的模型可視化

n  陰影和SSAO(螢幕空間環境遮擋)

n  可以同時進行任意數量的獨立查看窗口

n  使用指自定義的剖視圖

n  3D立體可視化於多種格式,與大多數3D電視和3D投影機相容

n  可匯入雷射掃描的點雲圖檔進行可視化

n  多個光源參數:環境光、定向燈、點燈、頭燈

n  具有光學和其他物理性質的材料

n  從圖形文件匯入材質紋理


操作

 

n  Model Explorer用於對所有模型元素進行分層結構化存取

n  管理所有模型元素的所有屬性

n  提供的和用戶定義的模型庫的管理

n  對所有應用程式選項和模型選項的結構化存取

n  版本管理用於備份中間版本

n  用於直觀在3D視圖中進行幾何建模的圖形編輯模式

n  3D marker:多對齊操作的額外坐標系

n  模型分析揭示可能的建模誤差

n  一般查找和替換功能

n  控制器項目,程式和職位元清單的結構化管理

n  對象標註和3D視圖中的選擇

n  圖元精確的大螢幕截圖,目前視圖的高解析度,也為高質量列印

n  F1引用上下文的在線幫助系統,進行介紹例子

n  Windows已知的許多操作選項:可配置的工具欄

n  上下文菜單,鍵盤快捷鍵,停靠視窗,撤銷功能,複製和黏貼,拖放等。

n  高解析度的用戶介面,使用100%,125%,150%或200%的縮放級別


多媒體互動

 

n  模擬過程中隨時可以進行干涉

n  模型中的可點擊3D元素(例如系統中開關)

n  視窗中的可點擊2D元素(例如觸發動作的圖塊)

n  耦合3D鼠標和介面以進行導航和互動

n  多點觸碰螢幕上的3D視圖的手勢控制

n  在模型中播放影片,3D影片和網絡影片

n  展示控制:透過輸入改變視角

n  用於互動和多媒體內容(例如聲音,網站和消息)的動作對象

n  可選浮水印


模型導入模組

STEPAP 203AP 214),IGESVRMLSTL3ds MaxAutoCAD DXFAutodesk FBXBlenderColladaWavefront對象格式導入3D CAD數據

導出Autodesk InventorAutodesk 3ds Max的外掛程式

 

以專用格式導入模型

對於以下列製造商格式導入3D CAD數據,可以使用獨立的軟體包:JTNXCATIAV4V5V6),CreoInventorSolidWorksSolid EdgeParasolidACIS。根據要求格式化DWG2D)。

 

模型導出

STEPIGESVRMLSTLDXFAutoCAD R12)以及POV-Ray光線追蹤器格式導出3D幾何數據。

 

機制模組

使用機制模組,可以為模型添加運動並模擬機械,感測器和傳輸。


機制模組

使用機制模組,可以為模型添加運動並模擬機械,感測器和傳輸。

 

力學模擬

n  平移(推力軸)和旋轉(轉動軸)自由度,例如 用於氣缸和運動鏈

n  可配置驅動器,還具有用戶定義的運動設定檔

n  抓握的機制

n  齒輪和齒輪

n  具有現成機構的模型庫


感測器模擬

 

n  真實感測器表示在工廠模型中

n  許多感測器類型:感應和電容接近開關、光學距離感測器、光柵、超聲波感測器、安全雷射光掃描儀、用於位置和方位檢測的相機、條形碼讀取器和收發器、應答器系統(RFID系統)

n  3D可視化測量範圍和檢測的元素,進行驗證實際可達範圍

n  測量範圍,頂角,輸入和輸出特性等參數

n  常見多種感測器的模型庫


運輸模擬

 

n  離散軌道傳輸系統的建模和模擬,例如:工件載體傳輸系統、自動引導傳輸系統或零件庫

n  適用於簡單組件或完整的物流系統

n  基於文本的低階建模,用於創建功能詳細的組件,也適用於模型庫

n  透過將3D模型庫中的預先建模的組件與3D空間結合在一起,構建複雜綜合(混線)工廠的圖形高級建模

n  基於幾何外殼的現實接觸行為

n  滑動摩擦和重力的物理模擬

n  模型庫與非功能性的CAD數據的增強隱形功能元件

n  運輸系統型號庫Bosch TS2plusASYS TECTON


特點

 

n  虛擬Robot控制器

n  不同製造商的Robot可整合在同一個模型內運行模擬

n  虛擬教學在模型中移動機器人

n  RobotTCP管理(工具中心點 - tool center points

n  可視化的Robot工作範圍空間,也是用戶定義的TCP,精確得知干涉或可能碰撞區。

n  實際由Robot製造商提供的運動學數據進行可達性分析,執行真正的Robot於虛擬模擬和調適。

n  線性和旋轉附加軸

n  整合編程環境

n  源代碼中的語法突出顯示,瞭解代碼目前運行階段

n  透過編譯虛擬控制器的源代碼進行錯誤檢查

n  不正確的行為可以直接跳過

n  模型庫:用於測試目的的Robot標準運動學,附加軸


程式設計

 

n  Robot編程語言IRL根據DIN 66312

n  IRL是一個簡單的高級編程語言,用於任意製造商對機器人進行編程。

n  用製造商的Robot語言自動建立Robot控制程式的編程助手,自動生成語言程式。


碰撞檢測

 

n  對於模型的任意元件,特別是對於Robot,夾具和夾緊部件,也適用於工件載體

n  可設置碰撞事件訊息提醒

n  可視化的碰撞部件,碰撞顏色顯示、訊息顯示等。

n  使用時間戳記錄碰撞組件,以便後續分析

n  模擬運行,進行妥善的決策方式。

n  碰撞產生瞬間,模擬停止詳細分析

n  透過顯式配置關鍵組件進行性能提升測試

n  考慮Robot安全距離,通過自動擠出零件邊界範圍,進行包含Robot安全距離的模擬。


塗層工藝流程模擬

 

n  具有參數的過程工具

n  工件的幾何形狀自動進行三角測量

n  透過真實顏色或偽顏色可視化塗層強度


ABB RAPID機器人套件

機器人編程語言RAPIDABB):支援最重要的語言元素

3D視圖和RAPID程式之間直接交換機器人位置(robtarget),工件坐標系(wobjdata)和工具(toodata

 

機器人模組KUKAKR

機器人編程語言KRKUKA):支援最重要的語言元素

 

機器人模組裝三菱與MEFA-BASIC

機器人編程語言MEFA-BASIC IIIIVV(三菱):支援約95%的語言元素

機器人模型助手

 

三菱在線聯軸器

透過乙太網路,RS232USB連接到真正的三菱控制器(取決於控制器)

上傳和下載程式和機器數據

除了附加功能外,三菱在線耦合還可作為獨立軟件CIROS Programming提供。

 

機器人套件擅長V +

機器人編程語言V +AdeptVersion 12

模型庫Adept機器人

 

機器人模組Stäubi/ CS8模擬器

Stäubi CS8模擬器與VA3的耦合用於關節值

 

機器人模組裝FANUC

模型庫FANUC機器人

 

機器人模組裝雜項機器人

模型庫機器人:ComauDensoEpsonKawasakiYaskawa MotomanNachiReisUniversa Robots