摘要
随着“工业4.0”概念的深入和“中国制造2025”计划的逐步实施，智能制造与智能工厂已然成为制造业发展的重要方向与目标。赛博物理系统（Cyber Physical System，CPS）作为智能制造的核心，在数字化制造系统和将多个系统集成在一起进行协同工作方面发挥着关键作用，而数字孪生作为对物理实体或系统的精确数字化拷贝，涵盖了物理对象的各类属性，对实现智能制造、数字化工厂有着重要意义，也是赛博物理系统中的关键技术之一。本文基于数字孪生概念以电机自动化生产线为研究对象，结合孪生模型构建技术与数据采集通讯技术实现了电机生产线的数字孪生仿真，完成了生产线的虚实同步运行。本文主要研究内容包括： （1）在数字空间方面，基于数字孪生概念对目标生产线进行分析，提取出有效建模对象包括：机械臂，工具头，传送带，气动装置等。此类建模对象不仅需要通过三维建模软件实现等比例复现，还需要通过对物理实体的分析，在仿真空间内构建孪生体的运动逻辑等功能，同时为数字孪生体添加数据通讯接口，为虚实同步运行建立基础。 （2）根据机械臂的运动学分析，实现了MATLBA与数字孪生生产线的联合仿真。根据加工流程与动作顺序，设计出机械臂到达的关键点位，使用MATLAB完成轨迹规划分析，并在仿真环境中实现了空间中机械臂的动作复现，为物理空间中机械臂的动作规划提供反馈指导。 （3）在物理空间方面，研究了基于OPC UA技术的生产线设备信息建模，通过OPC UA技术对生产线中的关键设备所产生的信息进行统一描述，并开发OPC UA服务器与客户端，将实时数据传输至孪生生产线中，驱动数字孪生体与物理实体进行同步运动。其中主要涉及内容包括：生产线设备多源数据采集、基于OPC UA技术的数据通讯、OPC UA服务器与客户端的实现、以实时数据驱动孪生生产线实现虚实同步运动。 （4）最后根据系统设计方案路线，实现了电机生产线数字孪生仿真系统的开发，完成了系统管理模块、设备监控模块、统计管理模块、历史数据管理模块和仿真生产线展示模块的设计与开发。
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