Digital Twin的熱度
全球最具權威的IT研究與顧問咨詢公司Gartner連續在2016和2017年將Digital Twin列為當年十大戰略科技發展趨勢，使得Digital Twin成為了這幾年在IIoT、智能制造大潮中非常流行的詞匯，然而這種景象總讓人們以為它僅僅是一個處于"概念"階段的詞匯。
圖1-Gartner 2017年十大科技趨勢[1]
什么是Digital Twin？
最早定義"Digital Twin"的是美國密歇根大學的Michael Grieves教授在2003年提出"與物理產品等價的虛擬數字化表達"，并且他提議將數字孿生與工程設計進行對比，來更好的理解產品的生產與設計，在設計與執行之間形成緊密的閉環[2]。
圖2-Michael Grieves教授于2003年提出"Digital Twin"概念
知名咨詢公司德勤（Deloitte）也于2017年發布了"工業4.0與數字孿生"中對Digital Twin的架構進行了清晰的描述，德勤認為通過數字孿生企業可以實現產品快速面市、改善運營、創新的業務模式以及降低生產缺陷，圖3則顯示了其實現架構。
圖3-德勤關于數字孿生的架構
Digital Twin有什么用？
本文不是學術論文，我們需要把"Digital Twin"落在實處，簡而言之，Digital Twin可以理解為在虛擬的世界對物理的生產線進行建模，并對其進行仿真，然后將其"下載"到物理世界，然后可以實時獲取產線的生產狀態，并對其進行數據進行統計呈現、傳輸至MES/ERP等，并接受來自產線調整的參數進行工藝換裝。
貝加萊最新的ACOPOStrak的HMI中顯示的虛擬系統與物理的系統是一一對應的，仿真系統可以實時讀取控制器中ACOPOStrak當前的運行狀態，并顯示，另外，當仿真完成后，下載到控制器也可以直接驅動系統來執行。
Digital Twin有哪些應用場景？
通過Digital Twin，設計人員可以在以下幾個方面下手
1.產線組裝之前的驗證
產線設計最難的地方在哪里？
做產線設計的人應該最清楚，對于制造而言，其產線設計最難的也是最耗費時間的是在驗證階段，因為一個產品的生產由多個工序構成，在每個工序輸送系統的速度、加速度、間距等參數必須在負載下進行驗證是否可行，而這個過程在傳統上，需要實際的物理裝置裝配好以后才能進行。
2.虛擬調試
顯然，虛擬調試是Digital Twin最為好的應用，對于工程師而言，在物理的產線未組裝完成，甚至尚未采購前就開始開發程序，邏輯、運動關系，然后在系統里進行虛擬的參數調校，等系統組裝完成，直接下載程序，即可實現快速的上電調試，而這個時候系統的參數優化、匹配已經在前期虛擬調試階段完成了。
3.工藝換裝時的驗證
第二種情況是對已有的產線進行換裝，但是，我必須要驗證新的生產狀態下，例如：新增的滑塊、減掉滑塊，系統是否可行？
尤其對于SuperTrak和ACOPOStrak這樣的柔性傳送系統，他們的底層都自帶托盤防碰撞機制，這樣即使程序出現錯誤，也不會導致托盤（或他們承載的產品）之間發生碰撞。這種機制對于產線安全極為重要。但是在正常運轉的生產流程中，應該盡量避免防碰撞機制的觸發，以免托盤不必要的反復加減速，導致增加系統散熱和功率上的負擔，甚至生產節拍的降低。Digital Twin可以完美地完成這個任務，它不僅可以仿真程序的內容，也可以完全一致地體現傳送系統的防碰撞機制，這樣在換裝之前，我們就可以在仿真中完成防碰撞機制的規避。
數字孿生-在產線投資之前確保它是可行的
對于投資高昂產線的企業主而言，驗證其是否可行非常必要，因此，SuperTrak和ACOPOStrak這種可以借助于Digital Twin實現預先的驗證和規劃，對于產線設計而言，非常關鍵：
（1）知道可以達到的水平，和為此而需要的最佳機電匹配；
（2）在機械安裝完成前軟件同步開發測試；
（3）工藝換裝也可以提前規劃；
圖4反映了與德勤所提供的相似的數字孿生實現架構，通過工業現場的實時通信POWERLINK，以及集成開發平臺Automation Studio、物理的對象SuperTrak/ACOPOStrak和ABB機器人，建模仿真軟件、OPC UA實現的互聯來構成整個產線的數字孿生架構。
圖4-基于Digital Twin思想的產線設計
它是如何實現的？
基于貝加萊集成開發平臺Automation Studio開放的數字化連接能力，ACOPOStrak/SuperTrak所構成的數字孿生機電設計架構如圖5所示：
圖5-貝加萊實現產線設計Digital Twin的架構
1.機電CAD設計軟件提供了產線的物理尺寸與規格，包括了物理的輸送段的幾何尺寸、滑塊的對應參數（尺寸,重量,中心坐標等）。
2.Automation Studio的控制：對于物理的滑塊運動而言，其由x,y,z及旋轉Φx,Φy,Φz構成，而機械的參數與這些控制模型結合，形成了對整個物理的控制對象的融合。
在Automation Studio中，SuperTrak/ACOPOStrak和機器人被協同在同一軟件架構下實現協同，并下載到物理的控制器（一臺工業PC）控制執行機構如伺服驅動器（用于控制機器人和周邊設備），以及Trak的滑塊。
3.Scene Viewer與CAD交互形成產線的幾何圖形顯示，而Automation Studio則將實際運行的物理對象參數返回給Scene Viewer形成動態的圖形顯示。
4.當產線的機械參數發生變化時，由CAD系統提供新的參數給Automation Studio，Automation Studio將執行新的程序來調整SuperTrak/ACOPOStrak的滑塊動作。
基于SuperTrak/ACOPOStrak的數字孿生設計，可以為產線提供全新的方法，并確保投資安全性，提高投資回報。
貝加萊將于2019年1月10日在上海漕河涇萬麗酒店3樓舉辦"ACOPOStrak創新日"，歡迎您的關注！
參考文獻：[1]https://blogs.gartner.com/smarterwithgartner/files/2016/10/TopTenStrTechTrends2017_Infographic_Final.png
[2]Michael Grieves,Digital Twin: ManufacturingExcellence through VirtualFactory Replication,LLC,2014
[3]https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/cn/Documents/cip/deloitte-cn-cip-industry-4-0-digital-twin-technology-en-171215.pdf