• Description


為什麼工廠或自動化公司的高階主管，更需要數位分身(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

CIROS Studio用戶的主要應用領域

● 實現工業4.0的數位分身

● 週期時間規劃和UPH優化

●   機械手臂和其他機構的可達性和碰撞分析

●   設備的交互測試

●   驗證PLC的控制邏輯

●   真實的PLC進行虛擬調試

●   模擬工廠和流程的互動展示

●   創建展示和培訓的環境

CIROS Studio用戶的主要應用領域與行業別

● 汽車生產產業   

● 金屬加工產業

●    自動化工程產業

●   機械製造、機械工程行業

●    研究單位   

 

藉由平台一體化的模擬，整合跨領域部門人員在同一平台協作設計，縮短整體的溝通和研發時程，節省時間成本，加速上市的市場競爭力，利用VR元宇宙產生新創加值效益。

為什麼這些人需要模擬?

機構工程師:透過虛擬機台的模擬分析，了解設計的機構，在運作上是否會有干涉與碰撞的部分，感測器有沒有成功觸發到訊號。

 

電控人員:透過虛擬機台，進行控制邏輯驗證，縮短後續的改善時間，以及提早發現問題。

 

董事長、經理…管理階層:透過虛擬模擬分析方式，了解現在規劃的設備是否符合需求，是否錢花在刀口上。

 

SI系統商、自動化廠商:透過模擬分析可以準確分析加工時間，縮短整體設計時間，預先了解整合周邊設備的Cycletime外，建立資料庫快速再利用。

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、Robot、AGV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  清晰的模型元素結構層次

n  模型元素的幾何多面體之(面)與(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  自由的檢查模式

n  支援可切換的幾何細節級別

n  渲染(Render clones)功能可呈現物體精緻材質

n LAYOUT、裝配體和間隙的尺寸標註 – 可視化、無重疊的標示




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  使用者自訂控制器程式，用於通過電氣輸入(Electrical Inputs)控制機械件和運動件的運動模式


電動模型


n  數位與類比的I/Os用於建立符合真實的電氣系統模型


n  用於管理電氣連接的I / O連接控制面板

  • 透過拖拉連結

  • 輕鬆連接多個I/O序列


n  多個獨立的I/O查看器

  • 自由選擇要顯示的I/O

  • 在模擬期間顯示當時值

  • 基於測試目的臨時覆蓋值

  • 斷點


n  資源標籤和項目名稱的分配和管理



基本建模功能

 

n  Robot移動和動畫的運動路徑（Linear, PTP, Circular, Spline）和包含運動節點用於模擬期間計算的嵌套對象函數：算術(arithmetic)，三角函數(trigonometry)，布爾代數(Boolean algebra)，高級語言控制結構(high-level language control structures)，可分析模型的靜態和動態屬性（幾何，力學和電氣I/O），隨機數(random numbers)等。

n  支援建模和模擬過程內，自動幾何捕捉(顯示運動位置)，以及I/O和夾持動作的觸發功能(觸發器啟動後觸發夾持)

n  使用者自定義的模型庫模型，可以進行等比例縮放，也適用於其他的機械功能元件

n  模型庫包含：幾何圖元(圓柱體、方形、圓錐、平面)，紋理和材質，I / O控制器，交互元素



模擬功能

n 　模型庫：幾何、紋理和材質、I/O 控制器、互動式元素

n 　時間離散模擬：用戶定義的模擬週期最低可以到1 ms

n 　模擬速度可以切換到比即時更快模擬或更慢的速度模擬

n 　模擬運行的確定性再現

n 　在模擬期間可以創建和刪除物件的生成源(source)和消失(sink)

n 　用於物體變換過程的模擬應用，例如沖床工件改變。

n 　控制器可以同時模擬無上線的設備，例如Robot、I/O控制器、PLC，完全取決於電腦的性能。

n 　模擬過程中可以進行追蹤程式的運行位置。

n 　繪製和導出隨時間變化的特徵曲線，例如: 位置，速度，加速度，I / O值和多個性能數據。



視覺化功能


n　視覺化的高性能渲染器，讓模型更接近真實

n　基於物理的渲染(PBR)呈現逼真的模型和影片

n　著色和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視窗

n　用戶定義的剖視圖

n　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

n　多個光源參數：環境光、定向燈、點燈、頭 燈、聚光燈

n　具有光學和其他物理性質的材料

n　互動式看板

n　可以自行匯入材料紋理的圖檔進行材質貼圖

n　交互式廣告牌：在3D模型中動態地疊加2D標籤和開關

n　3D模型中以紋理的形式顯示動態日誌



多媒體與互動功能

 

n 模擬過程中可以隨時進行互動操控。例如: 啟動或關閉開關、搬運東西、觸發Sensor感應…等等

n 可點擊模型中的3D元素（例如工廠內的開關）

n 可點擊查看視窗中的2D元素（例如，一個可觸發動作的圖塊）

n 3D滑鼠和遊戲手把進行導航和互動

n 在模型中撥放影片、3D影片和網路攝影機，例如模擬場景中可以撥放自己公司的形象影片，或設備介紹影片。

n 展示控制：透過電氣(I/O)輸入在預定義檢視之間切換

n 用於互動和媒體內容的操作對象，例如 聲音，網站和消息

n 觀察視窗中的可選取浮水印



操作功能

 

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  從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



模型基本匯入模組

n　導入 STEP（AP 3 和 AP 203）、IGES、VRML、STL、214ds Max、AutoCAD DXF、Autodesk FBX、Blender、Collada 和 Wavefront Object 格式的 3D CAD 數據

n　適用於 Autodesk Inventor 和 Autodesk 3ds Max 的導出外掛程式
n　針對大型 CAD 模型的圖檔優化工具
n　在曲面上、沿銳邊、幾何特徵處或通過圖案投影（蜿蜒、螺旋）自動生成路徑
n　頂點法線生成，在多面體邊緣實現流暢的顏色漸變

模型專用格式匯入模組

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：JT，NX，CATIA（V4，V5或V6），Creo，Inventor，SolidWorks，Solid Edge，Parasolid和ACIS。根據要求格式化DWG（2D）。

模型匯出模組

以STEP，IGES，VRML，STL和DXF（AutoCAD R12）以及POV-Ray光線追蹤器格式導出3D幾何數據。



機構模組

使用機構模組，可以為模型添加運動並模擬機械，感測器和傳輸。

 

擴充機構功能

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配置

n  夾爪機構

n  齒輪(gears)和齒輪組(gear wheels)

n  具有現成機構的模型庫



感測器模擬


n 在模型中模擬工廠真實感測器

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 測量範圍和檢測元素的3D可視化，進行驗證實際可達範圍

n 測量範圍，頂角(錐頂角度)，輸入和輸出以及其他特性等參數

n 多種常見的感測器的模型庫，可更換為自家感測器幾何外觀，無須任何程式編程即可完成。


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   基於基礎建模，用於創建功能詳細的組件，也適用於模型庫

n   使用3D模型庫中的模型組件進行快速建模，建構複雜的工廠產線

n   基於幾何外殼的實際接觸行為

n   滑動摩擦和重力的物理模擬

n   物件CAD隱形功能，用於提升模擬效能

n   運輸系統型號庫Bosch TS2plus和ASYS TECTON



機器人控制器模組

Robot控制器模組是機器人建模和模擬的基礎。


模組功能特點


n  虛擬Robot控制器(手持式教導器)

n  不同廠牌與數量的Robot可以在同一個模型內運行模擬

n  具有使用者定義斷點的程式

n  Robot的TCP管理（工具中心點 - tool center points）

n  視覺化的Robot工作範圍空間(3D立體)，另外也可以將自製夾治具的TCP中心納入計算範圍。

n  實際由Robot製造商提供的運動學數據進行可達性分析。

n  模型庫 : 用於測試目的的Robot標準運動學，可以套入自家6軸Robot CAD進行整合性測試。

n  線性和旋轉附加軸的建模應用

n  整合程式編程環境

u  顯示目前正在執行的程式碼(亮黃色標註)

u  支援進行程式碼錯誤檢查

u  可以直接跳到錯誤程式碼位置處


協調轉換功能

n　在關節(joint)坐標和直角坐標中可以呈現Robot的姿勢和運動

n　許多運動學類型的解析反向運動學：4軸，5軸和6軸運動學，帶旋轉軸或線性軸的三角運動學

n　進一步的運動學的可參數化的通用坐標轉換，如: KUKA LBR iiwa


位置轉換功能

n  位置以姿勢（x，y，z，滾動(roll)，俯仰(pitch)和偏航(yaw)）進行配置和轉彎以及儲存。

n  可以在3D視圖和位置列表之間直接傳輸位置

n  空間座標位置教學的操作方式

u  在任意坐標系中使用Teach-In功能進行位置教學

u  通過滑鼠左鍵單擊3D視圖空間內的位置

u  通過單擊儲存位置或路徑節點

u  相對於現有元素的面或頂點進行單擊點選

u  直接輸入坐標位置

n  如果重複接近路徑節點定義的位置，則將按順序在所有可能的機器人配置中接近位置


程式設計功能


n　Robot編程語言IRL根據DIN 66312。 IRL是一個簡單的高級編程語言，可用於控制各種製造商的Robot動作。

n　支援Robot語言自動生成功能，減少程式撰寫錯誤率。

n　程式設計工具允許將路徑和路徑節點插入機器人程式中，並實現輕鬆地變更管理。


碰撞檢測功能

n  對於模型的任意物件，特別是對於Robot，夾治具和夾緊細節部件，也適用於工件載體托架在上下料的碰撞分析。(註解: 任何物件都可以進行碰撞分析。)

n  對碰撞事件訊息提醒

u  對於碰撞物件進行顏色顯示，與訊息標註等。

u  使用時間戳記錄碰撞物件發生時間

u  發生碰撞時，即時停止運行模擬，查看碰撞發生處

n  通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 Robot模組

模型庫 : ABB Robot，支援各種型號可進行Robot編程語言RAPID（ABB）

在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（tooldata）

 

KUKA Robot模組

模型庫 : KUKA Robot，支援各種型號

可進行Robot編程語言KRL（KUKA）

 

Mitsubishi  Robot模組

模型庫 : Mitsubishi Robot，支援各種型號

可進行Robot編程語言 : MELFA-BASIC III, IV, and V (Mitsubishi): 支援約95％的程式語言指令

 

Mitsubishi  連線功能模組

通過乙太網，RS232或USB連接到真正的三菱控制器（取決於控制器是否支援以上功能。）

上傳和下載程式和機器數據、除了以上功能外，三菱連線功能還可作為CIROS Programming提供。

 

Adept Robot模組

模型庫 : Adept Robot，支援各種型號

機器人編程語言V +（Adept，Version 12）

 

Stäubli Robot模組

模型庫 : Stäubli Robot，支援各種型號

可以整合Stäubli CS8 Emulator與VAL3的關節值(joint values)

 

FANUC Robot模組

模型庫 : FANUC Robot，支援各種型號

 

Robot多家廠牌模組

模型庫 : Comau, Denso, Epson, Kawasaki, Yaskawa Motoman, Nachi, Reis, Universal Robots, HIWIN,roTeg各家廠牌的R

連線控制模組

n 　虛擬調試 – 硬體在環 （HIL）模擬：針對虛擬工廠在真實控制器硬體上運行的控制器軟體開發和測試

n　OPC 用戶端

  • OPC DA (資料存取)

  • OPC UA(統一架構): 合機器人控制器，例如FANUC ROBOGUIDE

  • 高性能OPC用戶端，適用於大多數控制場景

  • 使用OPC伺服器提供的專案進行便捷配置

  • 自動模型內部配置：虛擬欄位級別元件的 I/O 根據其名稱連接到新創建的控制器 I/O

n　OPC 伺服器

  • OPC DA （資料存取）

  • OPC UA （統一架構）

  • 外部操作單元或外部 PPS/MES/PDA 軟體的交握

n　Beckhoff TwinCAT連結

  • 透過真實現場總線硬體連結實際控制器硬體

  • 直接訪問 EtherCAT

  • 通過 Beckhoff 提供的總線端子訪問其他現場總線系統，例如 RS232、RS485、AS-Interface、PROFINET-RT、PROFINET-IRT、EtherNet/IP、IEEE-1588、Lightbus、PROFIBUS-DP、Interbus、CANopen、DeviceNet、DMX

n　西門PLCSIM連結

  • 將西門子 SIMATIC PLCSIM 軟體與 5.4 SP3 版連結，用於模擬 S7-300 和 S7-400 的程式

n　西門子PLCSIM Advanced連結

  • 例如，對於西門子 S7-1500

n　Delta Logic ACCON-AGLink連結

  • 例如，訪問西門子 S7-1200 和 S7-1500

n　連結MATLAB MathWorks 

  • CIROS 元素和 MATLAB 腳本之間的連接

n　連結MathWorks Simulink

  • 例如，訪問西門子 S7-1200 和 S7-1500

n　模擬西門子STEP7

  • 簡單的 STEP 7 專案 （*.s7p） 可以直接載入並模擬到控制模型

n　模型庫 PLC： OPC， Siemens， TwinCAT

影片製作模組

n　使用者可以自訂拍攝場景和舞臺方向，編輯要講解的故事劇本。
n　種場景轉換方法的使用
n　對選擇的模型元素進行追蹤拍攝，例如:平移、軌道運動、工件被Robot夾取的追蹤移動…等等
n　進行畫面的截面和縮放
n　沿用戶定義的路徑跟蹤鏡頭，可選擇沿著另一條路徑查看方向
n　控制結構：跳轉和使用者設定觸發條件並跳到任意場景

n　通過等待和設置I / O來與模擬過程同步

n　以H.264 / MPEG-4或WMV9格式快速錄製影片

n　360度視角


虛擬人模組

n  具有30個自由度的虛擬人（虛擬工作者）模型

n  使用機構模組內的Tech-In功能教授身體姿勢

n  位置列表存儲身體執行動作的各種姿勢

n  模擬在兩個身體姿勢之間進行插值，例如: 從拿東西的起點到放東西的終點位置，兩點位置之間進行移動過程的插值補償運算。

n  請注意: “虛擬人模組”需先購買”機構模組”

 

模型動畫設計模組

模型動畫設計模組，透過規劃的路徑資料點，或者自行由外部匯入的路徑資料點，進行物件的動態動作模擬，節省使用複雜的功能進行建模，才能達到模擬整個過程。

 

動畫設計功能

n  簡單的對象動畫

n  用於定義3D空間中運動軌跡的運動路徑

n  在時間尺度上的運動路徑的安排

n  與模擬機構和運動學結合使用



 物理效應功能

n  物理效果基於NVIDIA PhysX進行顯示

n  考慮重力，摩擦力和衝擊力

n  靜摩擦，滑動摩擦，恢復係數和密度與重量的參數

n  輸送帶，由電氣Input控制：速度，加速度，運行方向

n  與模擬機構和運動學結合使用



塗層工藝過程的模擬

參數式噴塗工具，粒子、錐角度、噴塗高度、噴圖速率 透過漸層色彩可以分析塗層強度評比

 

模型程式語言模組

n 支援編程Python語言，用於建模和模擬控制

n 支援Python 3.8、 3.9、3.10和3.11版本

n Python模組提供了20個類別(Class)、327個函式(Function)和22個範例。

n 用Python程式設計的使用者定義的上下文功能表命令來擴展程式介面。

n 用於Python性能分析和優化的監視器。

n    基於 Python 的快速雷射光掃描器，用於 LiDAR 模擬或 AI 演算法的點雲創建。

n 基於 Python 的網路伺服器實現。


機器週期時間(MCT)規劃模組(外掛程式模組)

機器週期時間(MCT)規劃用於分析工廠生命週期(Cycletime)中的循環時間。


週期時間規劃/機械設計功能

n  比傳統的手動紙本規劃，或Excel規劃更方便，無須因為部分變更就要整體重新規劃，比傳統花費數小時的時間，縮短為10分鐘即規劃完成。

n  甘特圖用於描述所有動作的順序，並進行關聯性建立

n  輕鬆建模持續時間和動作依賴性

n  同步並行子流程的規劃功能

n  不同類型的依賴項：Simple，AND，OR

n  即時自動計算關鍵路徑和總循環時間

n  構建大型且複雜流程的子流程圖

n  可以將動作標記為依賴於3D工廠模型的感測器或啟動器




順序流程圖功能

對於控制器代碼和程式的設計，CIROS Planner允許根據IEC 61131-3自動或手動建立PCL順序功能圖（SFC）。這些SFC可以輸出到真實的PLC中。


n  符合IEC 61131-3的順序功能圖（SFC）

n  包含步驟，轉場，動作，條件和跳轉的序列

n  使用傳感器相關的操作從循環時間圖完全自動創建SFC

n  根據IEC將SFC導出到真正的PLC中

n  順序流程圖可以使用 Python 進行轉換，並通過版本控制接口(VCI) 在 Siemens TIA 中使用。

模型控制功能

 

根據週期時間規劃圖或根據SFC的動作控制3D工廠模型的動作、實施工廠模型整個過程的視覺化


電路圖規劃/電氣設計功能

在電氣設計方面，CIROS Planner對所有I / O模組和閥組進行舒適的電路圖規劃和管理。

執行器和感測器透過圖形互動式分配操作映射到這些模組上。用於模型檢查和自動分配唯一資源標籤的功能支援您在此設計狀態下的工作。


n I / O模組和閥門組的管理

n  執行器和感測器的圖形分配


週期時間分析功能

 

記錄運行模擬的週期時間規劃圖、週期時間規劃圖的比較

(註解: 此外掛程式模組也可以獨立軟體使用。)

以往在使用Excel規劃的時候，如果在規劃複雜邏輯的機台，經常會因為一些盲點而無法將時序甘特圖規畫的十分完善，並且時序的時間單位也侷限在秒。就算寫了程式協助人員進行Cycle time的規劃也會遇到當人員在溝通理解上的困難，更不用在討論上，無法雙方很快速清楚的了解動作的關係以及討論完畢後對時序的新增、修改和調整的困難。

為什麼要使用CIROS Planner?

● 規劃邏輯複雜的機台動作                       ● 細切時間至毫秒

● 建立動作的前後相依關係                       ● 輕鬆加入、自動調整時序關係

● 交接、理解、溝通容易


藉由CIROS Planner不只可以協助人員遇到的問題，更棒的是可以搭配CIROS Studio的模擬更能預先了解機台的運作狀況。

VR展示功能模組

支援多螢幕投影，在多個螢幕上展示，也是立體的。

支援VR眼鏡Oculus Rift和HTC Vive的結合使用。

 

網頁展示3D動態模型模組

將模型導出為HTML 5文件，以便在瀏覽器中進行查看

這些功能可以像3D PDF一樣用於傳達模型運行過程。

您可以在下載部分下載示例HTML檔。

https://www.verosim-solutions.com/wp-content/uploads/CIROS/downloads/CIROS_Studio_Demo_Rim_Factory.html

 

主程式播放機模組

用於播放主程式模型的獨立軟體。

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