digital twin opcua

Digital Twin พร้อม OPC UA

ที่เก็บนี้มีไฟล์ที่ใช้ในการพัฒนา Digital Twin (DTW) สำหรับเซลล์หุ่นยนต์ที่ NTNU ด้วยการใช้ส่วนประกอบภาพ 4.0 (VC 4.0) และ OPC UA

วิทยานิพนธ์ปริญญาโท: http://hdl.handle.net/11250/2561319

เกรด: A

ผลลัพธ์

ปัจจุบันระบบมีฟังก์ชั่นต่อไปนี้:

1. การเขียนโปรแกรมการวางแผนและการควบคุมใน VC 4.0
2. การเคลื่อนไหวกระจกของเซลล์หุ่นยนต์ทางกายภาพแบบเรียลไทม์โดยใช้ Kukavarproxy (KVP)
   เวลาอ่านเฉลี่ย 8.75ms
3. การเคลื่อนไหวของเซลล์หุ่นยนต์ทางกายภาพแบบเรียลไทม์โดยใช้ RSI
   เวลาอ่านเฉลี่ย 4.00ms
4. พล็อตเซ็นเซอร์ข้อมูลสำหรับหุ่นยนต์ Kuka ทุกตัว:
   • ความเร็วของมอเตอร์ที่ควบคุมแกนทั้งหมด
   • แรงบิดบนมอเตอร์ที่ควบคุมแกนทั้งหมด
   • กระแสไปยังมอเตอร์ที่ควบคุมแกนทั้งหมด
   • อุณหภูมิของมอเตอร์ที่ควบคุมแกนทั้งหมด
5. เขียนข้อมูลเซ็นเซอร์สำหรับหุ่นยนต์ Kuka ทุกไฟล์ไปยังไฟล์. csv:
   • ความเร็วในการส่งไฟล์
   • แรงบิดในไฟล์
   • ปัจจุบันเป็นไฟล์
   • อุณหภูมิเป็นไฟล์
6. GUI สำหรับการเข้าถึงฟังก์ชันการทำงาน
7. การสกัดคุณสมบัติหุ่นยนต์ทางกายภาพผ่าน XML
8. การควบคุมหุ่นยนต์ทางกายภาพจาก VC 4.0 โดยใช้ KVP

มันทำเคสคงที่ด้วยการติดตามกล้องเพื่อแสดงฟังก์ชันบางอย่างของ DTW:
https://youtu.be/xlqhqpmjwla

ต้องการการปรับปรุง

• วิธีการ MDA ในการออกแบบรูปแบบข้อมูล OPC UA
• หลีกเลี่ยงมิดเดิลแวร์ระหว่างพีซีที่ใช้ตัวควบคุมหุ่นยนต์ VC 4.0 และ KR C4
• ลบความล่าช้าในการควบคุมหุ่นยนต์ผ่าน VC 4.0 โดยใช้ KVP
• การพัฒนาเซิร์ฟเวอร์ OPC UA ที่ควบคุมหุ่นยนต์ผ่าน VC 4.0 โดยใช้ RSI
• ย้ายการพล็อตของข้อมูลและสตรีมกล้องตั้งแต่มิดเดิลแวร์ไปยัง VC 4.0
• พัฒนารูปแบบการสอบเทียบที่แม่นยำยิ่งขึ้นของเซลล์หุ่นยนต์
• รวบรวมฟังก์ชันทั้งหมดในเซิร์ฟเวอร์เดียว
• เพิ่มการแบ่งปันข้อมูลเซ็นเซอร์ลงในฐานข้อมูลออนไลน์

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับปรุงดูรายงานโครงการ 5.1.2:
http://hdl.handle.net/11250/2561319

---

เกี่ยวกับโครงการ

โครงการนี้เริ่มต้นโดยมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนอร์เวย์ (NTNU) ภาควิชาเทคโนโลยีการผลิต เป้าหมายของโครงการมีดังต่อไปนี้:

เพื่อตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิดและความต้องการใหม่โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงระบบอย่างกว้างขวางระบบการผลิตในอนาคตจะต้องสามารถทำงานได้อย่างอิสระมากขึ้น มีความจำเป็นสำหรับเครื่องอัจฉริยะที่ทำงานที่ซับซ้อนโดยไม่มีการเขียนโปรแกรมอย่างละเอียดและไม่มีการโต้ตอบของมนุษย์ ระบบอิสระรู้ถึงความสามารถของตนเอง (ซึ่งเป็นแบบจำลองเป็น "ทักษะ") และรัฐของพวกเขา พวกเขาสามารถเลือกระหว่างชุดของการกระทำที่เป็นไปได้จัดเตรียมและดำเนินการทักษะของพวกเขา เพื่อให้ประสบความสำเร็จระบบอิสระจะต้องมีแบบจำลองที่สมจริงของสถานะปัจจุบันของกระบวนการผลิตและพฤติกรรมของระบบในการโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมภายนอก - มักจะเรียกว่าคู่ดิจิตอล

OPC Unified Architecture (OPC UA) เป็นโปรโตคอลที่ไม่ขึ้นกับแพลตฟอร์มสำหรับการสื่อสารระหว่างเครื่องกับเครื่องจักรสำหรับระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมที่พัฒนาโดยมูลนิธิ OPC OPC มุ่งเน้นไปที่การเข้าถึงข้อมูลเรียลไทม์จำนวนมากในเวลาเดียวกันเนื่องจากประสิทธิภาพของระบบได้รับผลกระทบอย่างน้อยที่สุด OPC UA มีศักยภาพที่จะกลายเป็นรากฐานที่สำคัญในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมในอนาคตที่เครื่องจักรส่งมอบ "การผลิตเป็นบริการ" และเครื่องจักรและเซ็นเซอร์ทั้งหมดในการผลิตออนไลน์ (Internet of Things)

ในภารกิจนี้จะมีการศึกษาการใช้งานของคู่แฝดดิจิตอล วิธีแก้ปัญหาจะต้องได้รับการพัฒนาที่ให้การสื่อสารที่ไร้รอยต่อระหว่างหุ่นยนต์ PLSS และระบบควบคุมอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งสามารถเป็นส่วนหนึ่งของระบบการผลิตอุตสาหกรรมที่เชื่อมโยงกับการแสดงดิจิตอลหนึ่งครั้งของระบบ ระบบจะต้องทดสอบที่ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ของสถาบัน

a) อธิบายว่าดิจิตอลคู่สามารถนำไปใช้งานได้อย่างไรโดยใช้ OPC UA

b) ตรวจสอบข้อดีและข้อเสียของการใช้ส่วนประกอบภาพ 4.0 หรือซอฟต์แวร์จำลองที่คล้ายกัน
สำหรับ Digital Twin

C) ใช้ส่วนประกอบ Visual 4.0 หรือซอฟต์แวร์จำลองที่คล้ายกันเพื่อจำลองและจำลองเซลล์หุ่นยนต์ที่สถาบัน

d) ตรวจสอบข้อดีและข้อเสียของการใช้ Kukavarproxy และ Kuka RSI Ethernet เป็นมิดเดิลแวร์
ระหว่างคอนโทรลเลอร์หุ่นยนต์ Kuka KR C4 และ Digital Twin

e) นำเสนอโซลูชันสำหรับคู่แฝดดิจิตอลของห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ของสถาบันด้วยการใช้ OPC UA สำหรับการสื่อสาร

f) ลองใช้ระบบในกรณีคงที่ ประเมินผลลัพธ์

เชิงนามธรรม

โครงการนี้สำรวจคำว่าอุตสาหกรรม 4.0 (i 4.0) และการใช้ฝาแฝดดิจิตอล (DTWs) เป็นสินทรัพย์ในการปฏิวัติอุตสาหกรรมสมัยใหม่นี้ DTW สามารถอธิบายได้ว่าเป็นแบบจำลองดิจิตอลของระบบทางกายภาพรวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับการโต้ตอบกับระบบนี้กับสภาพแวดล้อม เป้าหมายของโครงการนี้คือการพัฒนา DTW สำหรับเซลล์หุ่นยนต์ที่ MTP Valgrinda, NTNU และตรวจสอบผลประโยชน์ที่จะได้รับจากการแนะนำเทคโนโลยีในระบบนี้และโดเมนของระบบหุ่นยนต์อัตโนมัติโดยทั่วไป

DTW ได้รับการพัฒนาโดยใช้สถาปัตยกรรมการสื่อสาร OPC UA OPC UA เรียกว่าผู้บุกเบิกของ I 4.0 เนื่องจากเป็นสถาปัตยกรรมการสื่อสารที่มุ่งเน้นการสร้างมาตรฐานการสื่อสารในอุตสาหกรรม เปรียบเทียบโซลูชันซอฟต์แวร์การสร้างภาพข้อมูลที่แตกต่างกันสามแบบ สรุปได้ว่า Visual Components 4.0 (VC 4.0) เป็นผู้สมัครที่แข็งแกร่งที่สุดในการพัฒนาการแสดงภาพของเซลล์หุ่นยนต์ การใช้ VC 4.0 และ OPC UA A DTW ของเซลล์หุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้น

งานส่วนใหญ่ที่ทำในโครงการนี้หมุนรอบการสร้างโมดูลการสื่อสารที่สามารถเชื่อมต่อเซลล์หุ่นยนต์ทางกายภาพกับการเป็นตัวแทนเสมือนจริงใน VC 4.0 ผ่านการใช้ OPC UA ผลลัพธ์ของงานนี้คือไลบรารีการสื่อสารที่มีการแสดงเสมือนจริงของเซลล์หุ่นยนต์และโมดูลการสื่อสารที่แตกต่างกันสามารถให้ฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายของ DTW ห้องสมุดนี้ทำโอเพ่นซอร์สและสามารถพบได้ในที่เก็บ GitHub ของโครงการที่

https://github.com/akselov/digital-twin-opcua

ซอฟต์แวร์ที่รวมอยู่ในห้องสมุดนี้ช่วยให้ DTW สามารถทำมิเรอร์แบบเรียลไทม์ของการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ทางกายภาพการพล็อตข้อมูลเซ็นเซอร์หุ่นยนต์และควบคุมหุ่นยนต์จาก DTW ส่วนต่อประสานผู้ใช้กราฟิกได้รับการพัฒนาเพื่อจัดระเบียบฟังก์ชัน รูปที่ 2 แสดงสถาปัตยกรรมการสื่อสารปัจจุบันสำหรับ DTW

DTW ได้รับการทดสอบในกรณีคงที่ นี่เป็นกรณีหลายหุ่นยนต์รวมถึงการมิเรอร์ของการเคลื่อนไหวการพล็อตข้อมูลเซ็นเซอร์และการควบคุมจาก VC 4.0 มันถูกสร้างวิดีโอจากกรณีที่เผยแพร่ทางออนไลน์ที่

https://youtu.be/xlqhqpmjwla

สรุปได้ว่า OPC UA เป็นทางออกที่ดีสำหรับการใช้งานใน DTW นี้เนื่องจากเป็นไปได้ที่จะนำไปใช้กับแพลตฟอร์มใด ๆ และเปิดใช้งานวิธีการสื่อสารที่ยืดหยุ่นและมีโครงสร้างมากกว่าซอฟต์แวร์การสื่อสารแบบดั้งเดิมที่ใช้ในระบบไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์ ประโยชน์ที่พบกับการใช้ DTW ในระบบหุ่นยนต์อัตโนมัตินี้รวมถึงการมองเห็นการปฏิบัติงานและรากฐานที่ดีกว่าสำหรับการวิเคราะห์ทางสถิติเพื่อทำนายสถานะในอนาคตและเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ลักษณะที่เกี่ยวข้องกับเซลล์หุ่นยนต์ ในที่สุดก็สรุปได้ว่า DTW ทำหน้าที่เป็นรากฐานที่ดีสำหรับการจัดการระบบที่ซับซ้อนสิ่งที่อาจเป็นประโยชน์เนื่องจากระบบเฉพาะนี้ใช้ในการฝึกอบรมและการพัฒนาวิชาชีพที่สถาบัน

รูปที่ 1: เซลล์หุ่นยนต์กายภาพและดิจิตอล

รูปที่ 2: สถาปัตยกรรมการสื่อสารในปัจจุบัน

Python Gui

GUI สำหรับการเปิดตัว Visual Components 4.0 การเชื่อมต่อ OPC UA แสดงข้อมูลเซ็นเซอร์หุ่นยนต์และเขียนข้อมูลไปยังไฟล์. csv

รูปที่ 3: GUI

ส่วนประกอบภาพ 4.0

ไลบรารีนี้มีสองไฟล์ของเซลล์หุ่นยนต์จาก VC 4.0:

1. robot_cell_mtp.vcmx รุ่นที่เข้ากันได้กับเซิร์ฟเวอร์ทั้งหมดที่พัฒนาขึ้น
   รวมถึงตัวอย่างหนึ่งไคลเอนต์ OPC UA ที่ตั้งค่าไว้สำหรับการควบคุม Kuka KR 16-2 จาก VC 4.0
2. robot_cell_mtp_case.vcmx , เวอร์ชันที่ใช้ในเคสคงที่รวมถึงไคลเอนต์ OPC UA สองตัวที่ตั้งค่า
   หนึ่งสำหรับการควบคุม Kuka KR 120 R2500 จาก VC 4.0 และอีกอันสำหรับการแยกตัวแปรแกน
   จาก Kuka KR 16-2 และสะท้อนการเคลื่อนไหวใน VC 4.0

รูปที่ 4: ภาพหน้าจอจาก VC 4.0

กิตติกรรมประกาศ

ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาในโครงการนี้ขึ้นอยู่กับงานโดย:

• Massimiliano Fago (https://sourceforge.net/projects/openshowvar)
• Mechatronics Lab ที่ Aalesund University College (https://github.com/aauc-mechlab/jopenshowvar)
• Ahmad Saeed (https://github.com/akselov/kukavarproxy-msg-format)
• olivier roulet-dubonnet (https://github.com/freeopcua)
• Torstein Anderssen Myhre (https://github.com/torstem/exampleCode-kukarsi-python)