Cipta generasi baharu robot dengan kembar digital

Robot tidak pernah menjadi lebih relevan apabila pengeluar dan gudang beralih kepada robotik untuk bertindak balas terhadap tekanan pasaran yang mengatasi teknologi dan amalan tradisional. Walau bagaimanapun, robot ini bukanlah mesin masa lalu, yang secara fizikal menakutkan sistem dengan kecerdasan dan mobiliti terhad yang tidak berinteraksi dengan baik dengan manusia. Robot hari ini ialah sistem yang fleksibel dengan keupayaan kecerdasan dan persepsi yang dipertingkatkan dengan ketara yang boleh melaksanakan tugas yang rumit dan rumit semasa bekerja bersama-sama dengan manusia.

Untuk membina robot generasi akan datang, jurutera memerlukan teknologi dan amalan yang memberikan keterlihatan, fleksibiliti dan kecekapan yang lebih besar. Untuk mengatasi tahap kerumitan yang belum pernah berlaku sebelum ini, semua disiplin kejuruteraan mesti bekerjasama seperti sebelum ini, memanfaatkan persekitaran yang kaya dengan data.

Di sinilah kembar digital masuk.

Dengan keupayaan pemodelan dan simulasi yang dipertingkat yang didayakan oleh teknologi berkembar digital, jurutera boleh mereka bentuk, membangun, menggunakan dan memantau robot dengan lebih baik dalam aplikasi pembuatan dan gudang.

Erin Rapacki, pengurus pemasaran produk kanan untuk NVIDIA Robotics, berkata: “Kami kini mempunyai teknologi yang diperlukan untuk mencipta kembar digital dunia sebenar bagi kemudahan pembuatan dan kemudahan pergudangan dan logistik akan membolehkan syarikat yang beroperasi mengoptimumkan kecekapan dan dengan ketara Untuk mengurangkan kos dan pembaziran, Rapacki menegaskan bahawa untuk melaksanakan simulasi yang kompleks ini, pengguna perlu mensimulasikan semua aspek kembar digital, termasuk robot, penderia, manusia dan aset lain seperti tali pinggang penghantar.

"Pembangun robot perlu dapat melatih susunan perisian yang lengkap, termasuk sistem keselamatan, beribu-ribu kali dalam persekitaran simulasi sebelum digunakan ke dunia nyata," katanya

Pelaksanaan Tanpa Rasa Sakit Reka Bentuk

Apabila membangunkan sistem robot perindustrian baharu, pasukan pembangunan berharap untuk mencuba dengan cepat reka bentuk dan konsep kawalan yang berbeza serta mengunci keperluan produk akhir. Dengan akses kepada model digital sistem fizikal, terdapat tempat ujian maya untuk menjalankan reka bentuk berulang pada kos yang lebih rendah dan masa petunjuk yang lebih pendek daripada mencipta prototaip fizikal setiap kali. Ini membolehkan jurutera reka bentuk melakar lebih jauh, melaburkan masa dan sumber untuk meneroka konsep dan kaedah yang tidak dapat disokong oleh pendekatan tradisional.

Chris Harduwar, naib presiden penyelesaian strategik di Maplesoft, berkata: "Apabila membina penggunaan inovatif baharu, keupayaan analisis yang lebih luas ini membolehkan kami mengambil kira cabaran yang sebelum ini mengambil masa terlalu lama untuk dinilai. Kes yang melampau pendiskaun. Oleh kerana model digital disegerakkan dengan data operasi, kembar digital yang komprehensif terbentuk yang boleh bertindak balas seperti aset fizikal ini juga boleh digunakan sebagai platform yang fleksibel untuk mengesahkan strategi kawalan dan kemas kini pelan pengeluaran produk yang lebih selamat, lebih teguh.”

Namun, untuk meraih ganjaran penuh yang dijanjikan oleh teknologi berkembar digital, pasukan pembangunan mesti mempertimbangkan gambaran besar, dengan semua yang terlibat. Kembar digital dan simulasi juga boleh membantu.

Rapacki berkata: "Kembar digital kemudahan pembuatan atau kemudahan logistik gudang boleh mewujudkan sambungan digital antara semua aktiviti di ruang kerja dan menyepadukan trafik, halangan, laluan optimum, pikap yang dikemas kini/ Perubahan seperti titik penghantaran dikomunikasikan kepada peranti robotik. Tindanan sensor robot memanfaatkan kembar digital sebenar di tapak pelanggan untuk latihan dan ujian persepsi robot. Tapak pelanggan juga menyediakan data sintetik untuk latihan penglihatan komputer, dan vSLAM (Petempatan dan Pemetaan Serentak Visual) pada robot membantu robot menavigasi berdasarkan model kemudahan yang dikemas kini.

Menggunakan pengaturcaraan luar talian

Kerumitan pengaturcaraan robot dan kos tinggi untuk penyahpepijatan sistem robot di gudang atau bengkel pengeluaran menjadikan pemodelan dan simulasi yang menyokong kembar digital tugas yang sukar untuk reka bentuk aplikasi robot yang kompleks dan penempatan dan bahagian penting dalam penyelenggaraan. Setelah robot dan proses yang berkaitan direka bentuk dan disahkan, jurutera boleh menggunakan alat pemodelan dan simulasi untuk melaksanakan pengaturcaraan luar talian.

Menyokong pemodelan dan simulasi kembar digital, membolehkan pasukan reka bentuk membangun dan menguji kod sebelum sistem fizikal yang lengkap selesai, menjimatkan masa dengan membenarkan pengaturcaraan kod dan pembinaan sistem fizikal disiapkan secara selari.

Roberta Tanzariello, ketua robotik dan platform perkakas digital di Rockwell Automation, berkata: "Hasilnya memastikan masa kitaran yang dioptimumkan dan trajektori bebas perlanggaran, dan perisian simulasi robot canggih membolehkan penggunaan robot yang mencabar dengan aplikasi robot luar talian seperti itu sebagai kimpalan, penggerudian dan pemotongan Pengguna kemudiannya boleh menambah butiran untuk membuat program lengkap di luar talian ”

Setelah model digital awal dibuat dan ditala menggunakan data nominal lulus pertama.

Harduwar berkata: “Untuk automasi pembuatan, jurutera kawalan boleh menyediakan [pengawal logik boleh atur cara (PLC)] maya dan menggunakan isyarat sebagai input kepada kembar digital, menjadi sesuatu yang jurutera boleh mengesahkan dan mensimulasikan persekitaran yang bertindak balas secara fizikal kepada kod baharu ”

Pengesahan luar talian adalah berharga untuk ujian penyepaduan awal sistem yang beroperasi dalam persekitaran kerja yang berbahaya, atau apabila ralat kod boleh menyebabkan kemudaratan kepada sistem atau pengendali robot. Dengan cara ini, ujian keadaan kegagalan adalah lebih selamat dan boleh dilakukan dengan lebih cepat dalam persekitaran maya.

Pada sistem robotik sedia ada, jurutera boleh menyiasat isu melalui simulasi dalam talian dan menggunakan kembar digital untuk mewakili persekitaran pengeluaran dengan cara yang sama kembar digital menilai cara kemas kini kod dilakukan.

Harduwar berkata: “Kami melihat kembar digital digunakan untuk menyelesaikan anomali yang dilaporkan oleh pelanggan yang telah menemui isu dengan perkakasan yang menjalankan tapak mereka, dan setelah punca punca dikenal pasti, perubahan pengaturcaraan boleh digunakan model untuk mengesahkan hasil yang dijangkakan sebelum menjalankannya pada sistem masa nyata, mengurangkan masa henti sistem secara mendadak dan mencegah kesan kos ralat pengekodan ”

Meluaskan kemungkinan latihan AI

Teknologi Number Twin juga membantu. melatih algoritma AI, dan mekanisme ini membolehkan robot melakukan aplikasi yang kompleks dalam persekitaran pengeluaran dan gudang.

Sebelum ini, latihan algoritma sering dihalang oleh kekurangan data latihan. Selalunya, pasukan pembangunan robotik menemui masalah dengan data latihan yang tidak wujud, yang sangat mengehadkan aplikasi di mana algoritma boleh dilatih untuk melaksanakannya.

Cabaran algoritma latihan semakin rumit dengan memerlukan robot untuk melaksanakan sejumlah besar aplikasi unik, memburukkan lagi masalah data latihan.

Walau bagaimanapun, teknologi kembar digital kini menyediakan cara untuk melatih algoritma AI untuk mengendalikan lebih banyak bilangan dan jenis kes penggunaan. Kembar digital boleh menjana data simulasi dan menguji fungsi baharu, dengan cepat melengkapkan kuantiti konfigurasi dan reka bentuk yang besar. Data yang dijana oleh simulasi ini kemudiannya boleh digunakan untuk melatih model AI untuk menyesuaikan diri dengan pelbagai keadaan dunia sebenar dan senario ujian.

Alex Greenberg, pengarah simulasi robot termaju di Siemens Digital Industries Software, berkata: “Menggunakan data sintetik yang dihasilkan oleh simulasi kembar digital membolehkan algoritma AI belajar dan menyesuaikan diri dengan keadaan dan perubahan yang berbeza dalam dunia fizikal membantu Untuk mengurangkan risiko masalah yang berpotensi dalam dunia nyata.”

Contoh lain adalah dalam bidang penglihatan komputer 3D (iaitu, persepsi mesin dan gabungan sensor), yang penting untuk manipulasi robot dan mengesan jarak daripada objek.

Rapacki berkata: "Jarak objek adalah penting kepada keupayaan robot untuk memanipulasi, menggenggam atau mengelak objek. Robot mesti memahami sejauh mana objek itu. Kembar digital menyediakan senario yang tidak berkesudahan dengan ciri geometri, saluran paip persepsi robot 3D boleh menggunakan senario ini untuk melatih keupayaan seperti mengelakkan perlanggaran dan menggenggam ”

Terdapat juga teknologi yang dipanggil “pembelajaran tetulang” yang menggunakan kembar digital untuk menyelesaikan masalah yang paling kompleks, mendorongnya lebih jauh teknologi kecerdasan buatan. Teknologi ini membolehkan algoritma mempelajari cara melaksanakan tugas melalui percubaan dan kesilapan dalam simulasi, proses yang tidak mungkin berlaku di dunia nyata.

Mengatasi Halangan Nyahpepijat

Satu lagi bidang yang membolehkan pemodelan dan keupayaan simulasi berkembar digital boleh dimanfaatkan ialah dalam penyahpepijatan dan penggunaan sistem robotik.

Walaupun proses ini menghadapi halangan, kesesakan utama yang perlu dihadapi oleh jurutera ialah peningkatan akses kepada sistem fizikal yang diperlukan oleh mereka yang mesti mengesahkan kefungsian robot.

Malangnya, membina dan menjalankan sistem fizikal adalah mahal dan selalunya tidak praktikal, jadi alternatif diperlukan, dan di sinilah keupayaan penyahpepijatan maya teknologi kembar digital dimainkan.

Proses ini (menggunakan persekitaran pelanggan yang mewakili sebagai kembar digital dalam simulasi) menangani cabaran ini sambil meningkatkan kecekapan.

Keupayaan penyahpepijatan maya membolehkan jurutera menyambungkan kembar digital untuk mengawal sistem (seperti PLC) dan peranti luaran lain untuk menguji, memperhalusi dan mengoptimumkan reka bentuk mekanikal, elektrik dan logik sebelum sebarang perkakasan tersedia tanpa menghentikan pengeluaran .

Simulasi gelung perkakasan boleh dilakukan sebagai sebahagian daripada proses penyahpepijatan maya. Di mana, pelbagai jenis peralatan dan sistem boleh digabungkan dalam susun atur sistem yang kompleks, memberikan pasukan pembangunan pandangan holistik prestasi robot dalam persekitaran operasi.

PLC disambungkan kepada robot dan penggunaan lengkap dipertimbangkan dalam simulasi terperinci yang merangkumi faktor seperti graviti, daya dan tork, saiz aplikasi mengikut masa kitaran yang diperlukan. Dalam kes ini, fungsi simulasi menguji input kawalan sebenar daripada PLC dan maklum balas daripada model simulasi.

Jurutera selalunya dapat mencari dan membetulkan ralat pengaturcaraan dan isu gangguan mekanikal melalui proses penyahpepijatan maya, yang turut mengesahkan kawasan dinamik dan julat kerja robot untuk memastikan keselamatan operasi.

Maplesoft's Harduwar berkata: "Menggunakan perisian simulasi dengan cara ini, jurutera robotik boleh menjana prototaip maya yang berbeza dengan lebih cepat daripada membina satu sistem fizikal. Menguji model digital di bawah pelbagai prestasi keadaan operasi, dan juga lebih mudah daripada menetapkan sehingga berbilang ruang ujian dalam gudang ”

Menyokong keupayaan penyahpepijatan maya untuk kembar digital boleh membantu pasukan pembangunan robotik mencapai tahap ketepatan yang tinggi, menyediakan kaedah yang bukan sahaja boleh mengesahkan peranti dan subsistem individu komponen berfungsi bersama-sama juga boleh disahkan.

Rapacki berkata: “Keupayaan simulasi membolehkan pasukan kejuruteraan robotik berada sehampir mungkin dalam mengesahkan kes sudut dan melakukan pembetulan pepijat, menggabungkan kod dan mengurus pokok tingkah laku dan penyepaduan penggunaan peringkat sistem ini —terutama kemas kini Kod – mempercepatkan masa penggunaan dan meningkatkan kualiti robot dengan ketara ”

Apabila kembar digital masuk ke lapangan

Setelah pasukan pembangunan robotik menyediakan kembar digital, ia boleh memindahkan simulasi ke peringkat seterusnya. Kembangkan aplikasi melebihi fasa reka bentuk dan pentauliahan awal. Jika data operasi masa nyata tersedia daripada penderia atau boleh disimpulkan daripada data sejarah, maka pasukan pembangunan boleh meningkatkan kembar digital untuk meningkatkan sistem robotik fizikal yang diwakilinya dari semasa ke semasa. Ini boleh menyokong pengoptimuman prestasi dengan melaraskan parameter boleh dikawal untuk memaksimumkan daya pengeluaran dan mencari cara untuk mengurangkan haus dan lusuh operasi untuk memacu hasil perniagaan.

“Prestasi robot boleh dinilai dan diuji berdasarkan tingkah laku kehidupan sebenar yang diperhatikan semasa operasi, dan simulasi kembar digital boleh digunakan untuk menyokong langkah ramalan dan preskriptif untuk meningkatkan prestasi atau menilai alternatif kepada penyelesaian masalah yang berpotensi, ” kata Mike Rouman, pengurus pemasaran kanan, pembuatan digital, Perisian Industri Digital Siemens.

Untuk aset robot yang perlu bertindak balas terhadap perubahan persekitaran atau berinteraksi dengan mesin lain, kembar digital boleh berfungsi sebagai kes operasi yang ideal, membolehkan pereka bentuk mengesan anomali dan mempertimbangkan pelarasan pada pengeluaran, memudahkan proses Penambahbaikan dan proses produk dayakan pelarasan apabila parameter prestasi turun naik.

Hari ini dalam industri, teknologi berkembar digital digunakan untuk menyelesaikan masalah perkakasan operasi kerana model menyediakan konteks untuk masalah tersebut, membolehkan pereka bentuk menyelesaikan masalah tanpa mengambil sistem yang terjejas di luar talian. Terima kasih kepada kualiti data sensor yang baik dan pengurangan masa larian simulasi, kembar digital membolehkan sistem dikaji dari titik yang lebih berfaedah daripada simulasi masa tetap standard.

Harduwar berkata: "Cabaran ke hadapan adalah untuk membangunkan model berkembar digital yang pantas dan cekap dalam julat persekitaran yang lebih luas dan melatih lebih ramai jurutera untuk belajar menggunakan dan menggunakan alatan yang menyokong teknologi transformasi digital ini."

Atas ialah kandungan terperinci Cipta generasi baharu robot dengan kembar digital. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!