基于數字孿生的MPS智能控制系統設計與應用*

陳思遠，張 弛，吳曉光，李紅軍，宛張靈

(武漢紡織大學機械工程與自動化學院，武漢 430200)

0 引言

隨著制造業逐漸向智能制造方向轉型，多學科交叉融合的模塊化生產培訓系統(modular production training system,MPS)逐漸應用于機械工程和自動化等相關專業的專業技術培訓和模塊化教學培訓中。MPS系統的智能化已經成為智能制造、機械工程等相關專業學習的重要目標[1]。近年來，眾多學者在MPS系統的改造上進行了大量的研究和實踐以解決傳統模塊自動化教學存在的經費壓力大、設備短缺、師資不足和教學空間小等問題。但仍普遍存在實時性低、可視化效果差、對MPS系統進行多方位預測、仿真、全面評估和優化效果差，無法反映MPS的全生命周期過程等問題，達不到預期目標。

數字孿生作為智能制造的關鍵使能技術，主要是指通過在賽博空間內對物理實體進行多維度映射建立數字孿生體，并對其進行設計、規劃和預測，反映物理實體的全生命周期過程。目前數字孿生已應用于產品設計、制造、可視化監控和智能運維等多個領域，但對于MPS系統的數字孿生系統的構建和研究還未被報道，無法滿足MPS系統的智能化發展。因此，本文針對一種基于數字孿生的MPS智能控制系統進行研究，實現對MPS系統的分析、虛擬仿真、故障診斷、MES追溯等功能，能夠對MPS進行多方位預測、仿真、全面評估和優化，反映MPS的全生命周期過程。

1 MPS智能控制系統的數字孿生五維模型

本文基于數字孿生五維模型架構[2]，提出了MPS智能控制系統數字孿生五維模型架構，如圖1所示。……