xml建模包括以下_为什么要进行建模仿真？

如果没有模型作为基础，今天的许多前沿概念将无法实现真正落地！

如今，数字孪生、人工智能、工业互联网、边缘计算等概念在整个行业都很火爆，但是，要知道，假如这些概念没有模型作为基础，那么这些概念就不会真正落地，因为模型是数字世界与物理世界之间的桥梁，另一方面，仿真技术可以在复杂变化的制造现场实现大量的虚拟测试和早期验证，降低整个制造业的整体成本，很多时候，我们必须知道为什么要进行建模和模拟？

1.机器生产中的复杂变化

机器的生产有多复杂？只有研发机器的工程师才能更清楚，在每个行业，生产的复杂性包括多个维度：

① 材料的复杂性：

在印刷中，纸张或薄膜有成千上万的可能性，在纺织机械领域的天然纤维，如棉花、丝绸、羊绒等，纤维特性不同，塑料领域的颗粒类型也不断变化，具有不同的流体加热变形属性，在灌装领域，瓶材料、规格也不断变化。

② 工艺复杂：

对于印刷本身也有柔版、凹版、胶印多种，包括轮转与单张的组合，还有涂布、裁切等的组合，对于纺纱也包含了转杯纺、涡流纺、气流纺、环锭纺等多种形式。

③ 流程的复杂性：

生产过程也会随着生产任务的不同而变化。例如，灌装不同类型饮料所需的电子阀动作过程也不同。碳酸饮料和非碳酸饮料，或标签单元可能有1、2、3个不同的标签，并将其组合成不同的过程。

图1-机器的变化组合成千上万

如图1所示，从以上三点可以看出，如果一台机器想要它具有广泛的适应性，然后，它将在材料、工艺和工艺三个方面组合成千上万种组合，这是制造的复杂之处——也是必须建模和模拟的原因。

如果不使用建模仿真来构建这样的模型，机器的开发必须进行大量的物理测试和验证，这是极其巨大的——尽管我们使用测绘来减少测试验证环节的投资，机器的研发仍然是巨大的投资，特别是具有高端定位的机器，必须具有稳定可靠的适应变化生产的能力。

二、建模仿真带来哪些应用优势？

假如我们全程看机器的开发，从概念设计、原型设计、测试验证，整个流程中，最烧钱的地方在哪里？

图2-基于V模式的开发

开发机器和系统，V-Mode它是一种广泛应用的模式。在整个设计开发阶段，从概念到需求、功能规范、子系统设计到实现，各阶段都有相应的测试和验证。这种综合测试验证是为了确保每个过程的质量和进度得到控制，产品的整个研发过程顺利完成，在这些过程中，测试和验证这些过程往往需要花费大量的成本。

在传统的机器设计中，这一环节往往需要按照严格的流程进行，通过建模仿真实现的虚拟测试和验证可以提前缩短整个过程周期，如图3所示，它是一个并行工程。通过建模仿真等开发工具和方法，可以实现电气控制、应用软件和机械的并行开发。

图3-并行工程

建模仿真可以给机器的开发带来很多便利，包括图4中的几个方面:

① 缩短开发周期，降低虚拟调试成本

在材料的工艺特性、机械传动和控制的联合测试中，只有在虚拟环境中对参数进行最佳调整，才能节约成本。只有在几乎完成最佳后，下载到物理对象进行验证，才能更好地降低成本。否则，例如，如果打印机想测试某种材料，下一卷纸在300米的速度下会在10分钟以上燃烧，数千元的材料成本会很快消耗掉，大量的机器功能会造成巨大的测试成本。

② 降低安全风险

对于某些设备，虚拟测试和验证也可以降低安全风险，如风力发电对各种安全机制的测试，包括一些大型机械设备的开发，如果没有良好的安全机制保证，则存在潜在的安全风险，因此可以在虚拟环境中进行。

③ 复用组件开发

对于许多常见的应用软件，如塑料薄膜张力控制模型、印刷纸、纺织纱线、金属板开卷校平、弹簧丝等场景，可用于开发各种控制模式（闭环、开环、舞辊、伺服电机调节等）。模型及其参数验证，然后包装为可重复使用的共同组件，在应用开发中，直接配置其模式、参数等，加快机器配置，响应快速的市场变化需求。

图4-建模仿造带来的好处

因此，建模仿真是一种显著降低成本的方案，有了这些模型，可以实现未来的数据应用：

① 数字孪生：

数字系统和物理系统可以通过动态实时交互进行动态验证，特别是在个性化生产中，这种实时交互对响应生产线的变化至关重要。

② AR/VR应用：

有了模型，这些模型与现场数据的匹配将使AR/VR应用成为可能，可以进行可视化培训、在线安装调试指导等。

③ 机器学习：

必须将数据驱动与模型驱动相结合，才能充分发挥各自的优势。基于数据的人可以探索潜在的规律，模型可以控制现有的知识，互补。学到的新规律可以融入机制模型，机制模型可以为学习奠定基础。

总之，有了模型，我们可以做很多事情，让机器制造商实现很多灵活的机器设计和功能设计。

三、建模仿真

是真正创新设计的源泉

知其然，也要知其所以然——这就是我们在制造领域必须知道机器设计的Why-源原理，建模是整机的真正根本设计，这种设计也是所有后续创新的来源，如果缺乏这些数字建模，就意味着我们缺乏改变的能力，它只是测绘了一种没有掌握其原理设计的机械。即使采用逆向工程，也不能完全掌握其设计精髓，我们不能在此基础上获得创新，在竞争中做出一些调整，尤其是现在的机械Know-How更多的是工艺软件形式存在，安装方式，对我们来说，这意味着我们不知道的坑——要真正实现差异化和超越，我们必须回到原始建模，才能真正掌握核心技术。

四、建模仿真实际案例

以下是贝加莱支持建模仿真的支持。实现方法：

图5-贝加莱的建模仿真层次

作为一家领先的自动化制造商，先的自动化制造商，在建模仿真领域，在早期控制系统设计中采用了建模仿真接口连接Mathworks推出Simulink PLC贝加莱最初为C代码发布了自动代码生成Automation Studio即支持高级语言，通过AS Target for Simulink一键导入接口Automation Studio在环中进行硬件测试(Hardware In the Loop)，在之后又与MapSim、IndustrailPhysics合作开发是基于FMU/FMI接口，FMU是功能模型单元，而FMI它是通过在功能模型界面通过MapSim和IndustrialPhysics建模仿真代码(二进制)和描述(XML)可以被通过FMI下载到Automation Studio测试。

图6-Automation Studio与

各种建模仿真软件的交互过程

贝加莱自身Automation Studio硬件设备有模拟和ScenViewer可视化呈现，而MATLAB/Simulink建模仿真传感器、控制和驱动系统，MapleSim对机械传动控制、运动学、物理学(摩擦、张力)等进行建模仿真，如图6所示，IndustrialPhysics对于生产过程，生产线联合进行建模仿真，包括避免碰撞、物料流动过程，即面向生产过程的建模仿真，所有这些都可以通过FMU/FMI与Automation Studio在未来，这个界面也可以基于OPC UA来实现。

实现案例分析

在集装箱吊装的岸桥系统、履带式起重机、龙门式起重机等领域，由于钟摆效应，吊装物体不能迅速处于稳定状态，整体效率相对较低。在贝加莱，通过图7所示的过程，工程师首先对岸桥的吊装过程进行物理建模（路径尺寸、岸桥机械、摩擦力、位置、速度等传感器采样）。

图7-防摇系统建模仿真开发

然后在MATLAB/Simulink算法设计和参数调整其控制对象-变频器的输出，以获得最佳控制模型，然后下载到Automation Studio虚拟调试物理对象，在各种场景下进行功能测试（下面有/无障碍物、加速度限制、手/自动切换），然后代码包装成软件功能块，供用户反复使用据自身的岸桥机械、功能需求进行配置这个模块，即可生成整个应用程序，快速而可靠。

图8-防摇系统的功能设计

图8是基于建模仿真开发的防摇系统的功能和特性，包括防止碰撞的安全区设计、轨迹信息预知、手/自动切换、轨迹上停车、轨迹限制、精确定位等功能，该系统已经在多个港口的岸桥系统得以应用。

在无数的变化中，如果没有建模和仿真，我们将迷失在材料和流程的千变万化中不得其法，而所有的创新都来自于我们对客观世界的理解，对我们知识的凝聚，而建模仿真则是实现这个创新与发展的根基。

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