1. 电机行业数字化发展现状
电机行业产品具有个性化定制、小批量多品种生产模式等特性，使得电机制造智能化项目难以复制与推广，仍然需要大量的定制化设计与研发，项目建设的成功与否取决于设计人员的设计经验与能力。同时，在企业智能制造项目的实施过程中，存在项目落地难、建设周期长、智能化程度不高等问题，已成为电机行业智能制造推进的瓶颈。
在此背景下，数字孪生技术的应用，可以很好地解决这一系列难题。电机制造车间数字孪生解决方案，基于电机行业智能制造的瓶颈问题，结合数字孪生技术，构建电机智能车间工艺、装备等数字孪生模型，通过虚拟物料和实物物料、虚拟设备和实物设备之间的深度融合，应用于电机智能车间快速设计、电机数字化生产线的虚拟调试与智能监测等，最终实现提升电机智能车间设计的可靠性和可验证性，降低车间运行调试周期和成本，实现电机制造车间的数字化、可视化与智能化的目标。
2. 电机制造车间数字孪生解决方案
电机车间数字孪生可视化系统通过实物设备与虚拟模型之间的虚实互动、指令与信息的实时同步、虚拟车间与实际车间环境的可视化融合，形成一个支持实物设备连线的智能车间设计、调试与验证平台。该平台在智能车间建设的不同阶段应具备的特征如下：
2.1在数字化产线设计阶段
通过电机车间数字孪生可视化系统实现虚拟产线加工运动的近物理仿真,以及实际车间环境下虚拟产线与实际设备之间的融合调试与仿真。
2.2在智能车间运行调试阶段
支持虚拟产线与MES 仓储管理系统(WMS)等车间制造执行系统之间的对接,实现智能车间方案的可视化验证与优化分析。
2.3 在智能车间应用阶段
支持车间自适应调度、VR/AR辅助的人机交互，实现车间智能调度以及复杂工艺的可视化指导与人员的快速培训。
3. 电机车间数字孪生可视化系统架构
电机车间数字孪生可视化系统主要包括信息系统、仿真系统和智能展示系统。
信息系统包括制造执行系统(MES)、分布式数字控制(DNC)过程控制系统、现场监控与数据采集(SCADA)系统，用于车间生产指令的下达和现场数据的采集；
仿真系统为实际车间的孪生建模，包括生产要素功能建模和孪生数据驱动建模，用于生产指令的仿真与优化；
智能展示系统包括虚拟现实(VR)和增强现实(AR)系统,用于虚拟信息在实际车间环境的可视化展示。
4. 电机车间数字孪生可视化系统构建
4.1 电机车间三维场景搭建
4.1.1 电机车间数字孪生系统建模
智能车间资源建模是指在虚拟空间建立智能车间的三维布局及组成智能车间布局的各资源(人、机、料、环)之间的逻辑关系，包括工位规划、生产系统规划和智能车间规划。
4.1.2 电机异构设备功能建模
电机异构设备功能建模是指建立不同类型、不同结构的电机设备运动副、控制参数(运动参数、非运动参数)和驱动接口的建模。电机设备执行机构运动副的运动通过控制参数控制控制参数通过驱动接口与可编程逻辑控制器(PLC)控制信号连接，从而在虚拟环境中实现异构设备的近物理仿真。
4.1.3 电机车间工艺流程建模
工艺流程建模是在智能车间资源建模的基础上,将设备功能模型与产品工艺路线相结合，完成电机产品基于虚拟化设备的工艺流程建模与仿真.
4.2 数字孪生虚拟仿真系统
数字孪生虚拟仿真系统在设备功能建模、工艺流程建模的基础上，采集实际数据驱动工艺仿真模型运转。
4.2.1 监控数据采集
数据采集模块将采集到的不同类型的数据通过统一的输出接口输出，提供给仿真模块。输出接口采用TCP协议实现可支持局域网内任意位置的仿真模块连接，并且支持多个客户端的连接，最大连接数可达64个。
4.2.2 实时数据驱动
根据数据采集系统采集到的工艺数据，对工艺模型进行驱动，主要包含以下步骤。
(1)实时数据接口：在实际生产过程中读取设备的实时运行参数、订单参数等数据输人仿真系统，作为实际输人参数。
(2)建立参数对应关系：:建立实际采集到的参数与仿真模型中对应参数的对应关系，进行设备驱动。
(3)运动学解算：根据设备驱动参数以及定义的设备运动副参数,计算设备中各个机构的实时位置及相关工件、环境模型等的位置。
4.3 电机车间数字孪生可视化系统
电机车间数字孪生可视化系统是在虚拟车间数据融合的基础上，将虚拟车间运行模型与实体车间的实时运行环境融合，并通过VR/AR技术进行可视化展示。其关键在于通过实际车间空间坐标与虚拟车间空间坐标的映射，实现虚拟运行模型在实际车间环境和场景中全方位的精确对准。
5. 电机制造车间数字孪生解决方案的应用价值
通过VR和数字化仿真技术模拟电机设备的运动结构和功能，对电机嵌线生产线的物料、工艺路线进行仿真分析与运行监测，解决了如下问题:
5.1 通过对电机数字化车间人机料法环等资源的数字孪生建模，为电机智能车间设计和运行等活动提供信息载体以及统一的全生命周期模型；
5.2 基于产品对电机智能装备进行运动功能、控制参数和驱动接口建模与工艺仿真，部分实现了电机智能装备的虚拟样机设计与半实物调试，有效减少后续实物调试的时间与成本；
5.3通过AR虚拟仿真技术将数字化车间实时信息进行可视化展示，可实现人工作业实时纠偏与智能培训、人机协同智能交互作业等功能。
