基于数字孪生的设备虚拟仿真培训系统，通过在虚拟仿真系统中建立设备的虚拟模型，可为员工提供一个可以进行模拟训练、故障维修的虚拟仿真培训平台。员工可以使用 AR 眼镜进行设备的拆卸和组装等操作进行设备的学习，可以缩短操作培训时间，加强操作工的操作熟练度。
同时通过对生产系统设备数据的读取来收集生产系统数据，根据收集到的设备数据迅速准确的定位故障点，并对生产系统故障原因进行分析。在维修方面，利用 AR 设备，读取设备整体构造、配件具体参数或型号及备件数量等信息，便于修理工在设备不停机的情况下练习修理操作、减少培训时间、降低培训成本。并且可以通过 AR 设备直观地观测设备故障，并显示故障点的处理方法和备件信息。专家也可以远程查看通过 AR 设备对故障点的扫描信息，从而进行具体的指导。在虚拟放系统中的模拟操作是通过动画表现和设备实体图片进行展示的，并且在上述的操作中会按照操作步骤或故障原因等进行语音提示。此外系统还能够实现对设备的远程监控等功能。
1. 设备数字孪生虚拟仿真培训系统架构
设备数字孪生虚拟仿真培训系统由虚拟仿真系统平台、数据存储服务和运行端 3 个部分组成，其中平台部分负责仿真系统的运行；数据存储服务负责部分历史运行数据、设备维护数据等的保存；运行端部分则是负责数据的采集和运行状态查看等功能。
2. 设备数字孪生虚拟仿真培训系统功能
设备数字孪生虚拟仿真培训系统功能模块主要涵盖监控平台、故障辅助维护、设备运行监控、辅助培训以及数据存储。
2.1 监控平台
监控平台可细分为控制中心和虚拟仿真系统 2 个部分，是整个平台的基础。
（1）虚拟仿真系统
虚拟仿真系统通过设备的结构数据对其进行仿真建模，为其他部分提供设备的结构信息和实时数据信息。虚拟仿真系统中使用了60万的模型面数以提高模型的拟真度，并且可以检测连接的设备的硬件信息，对模型进行自动调档，以实现模型匹配此硬件的最佳表现。在系统与设备的通信方面使用了稳定、安全且高效的 OPC 技术对设备传感器数据进行获取，提高了整个系统的互操作性和对设备的适应性。然后通过传输性能高的且数据安全性强的Socket 技术将设备数据传输到系统中，以确保企业的数据安全。
（2）控制中心
控制中心的主要功能是观察虚拟系统收集到设备传感器的实时数据信息，然后对设备进行远程状态监控，以及在设备维护或故障维修时下发操作指令到 AR 设备，辅助工作人员进行设备的维护和修理。
2.2 故障辅助维护
故障辅助维护主要通过工作人员在现场使用 AR 眼镜进行设备的扫描，将扫描到的设备元器件的图片进行上传。在系统中对图像进行分析，定位元器件并辅助工作人员判定其是否正常运行。如判定设备出现了现场工作人员无法排除故障，则可以在 5G 网络的辅助下，邀请专家通过现场传回的实时信息进行远程诊断和远程辅助维修。与此同时，监控平台可以及时对设备维护信息、故障原因、专家诊断结果、故障处理结果等一系列信息和数据进行记录。与传统的故障处理或设备维护流程相比，本系统的使用不仅缩短了故障处理时间，还通过详细记录故障信息数据，简化了处理流程。
2.3 设备运行监控
设备运行监控分为 2 个部分，一是工作人员可以通过 AR眼镜或者手机等显示设备随时可以对设备中各个元器件的运行参数等信息进行查看；二是监控平台可以根据对设备中各元器件数据的实时监测判断设备是否出现故障，若出现故障则会通过监控平台进行故障提示信息的下发，及时提醒相关的工作人员进行设备故障的处理。
2.4 辅助培训
辅助培训则是平台的另一辅助功能，由于设备需要保持持续的运行状态，且设备价格高昂，不便于将设备拆卸后对员工进行实体培训，所以只能通过外部结构和查看设备图纸对设备结构进行学习。通过监控平台实现对设备的 1:1 仿真模拟后，可以通过 AR 等显示端设备在虚拟系统中进行设备结构、设备元器件、设备各链路等信息进行查看，并且可以在系统中进行设备的拆卸和安装等操作，以及模拟故障出现时的设备的运行情况。凭借高拟真的设备模型，给员工带来更真实的操作体验。
2.5 数据存储
数据存储分为本地存储和云端存储计算 2 种情况，在本地主要用来存储设备的历史运行状态信息及参数，以及历史故障和故障处理信息。历史运行信息可以辅助工作人员查看设备的历史数据，对设备的故障和运行情况进行规律分析。以数字化形式记录数据，尤其是专家对故障的分析数据和工作人员对设备使用的经验数据，减少了纸质文档或者单独的电子文档的记录方式，同时与设备的数据同步更加方便。将这些文件整理进本系统，方便对设备运行的大量数据进行科学的管理和有效的分析。在云端则是通过云渲染和云计算，处理实时的设备内部元器件的运行数据，然后与虚拟系统中设备的各个元器件进行对应后，通过 5G 网络将数据传输到 AR 眼镜上进行展示。
基于数字孪的设备虚拟仿真培训系统，通过对设备进行仿真建模，再配以 AR 眼镜对模型进行拆装操作和对设备进行扫描辅助设备维修，达到了提高培训效率和提升员工工作效率的目的，实现了设备的三维可视化运维管理、远程监测、远程诊断和实时监控设备故障等功能。
