新生产系统的设计和实施通常是耗时且高成本的过程，完成设计、采购、安装后，在移交生产运行之前还需要一个阶段，即调试阶段。如果在开发过程中的任何地方出现了错误而没有被发现，那么每个开发阶段的错误成本将大大增加，未检测到的错误可能会在调试期间造成设备重大的损坏。

数字孪生对实施过程的前中后进行容错冲销，将大部分的操作-除了最后安装之外全部移到虚拟层，设计、开发、调试等工作都是虚拟层进行，得到最优和最确定的方案后有相当的把握再上线使用。

随着工艺要求和控制复杂度的增加，使得本来就很棘手的设备调试变得更加棘手，脱离了现场运行环境，机械、电气部件和自动化软件就得不到充分的调试，设备设计的正确性和有效性等得不到有效的保障。在调试阶段，工程师会发现错误，修改设计，编写和优化程序，以及对操作人员进行新设备、新操作流程培训。

工艺设计和虚拟调试，特别适合一些禁止远程调试的业务场景。其实这些事情很多供应商也干过，只不过未必是数字孪生罢了：模拟安装环境啊，而且还不是局部模拟，是全局模拟。当然有条件的设备供应商可以自己模拟一个小型环境，如果成本太高，也可以用数字孪生来模拟一个虚拟的调试和安装环境。通过现实的运行机理导入数据和流程到数字孪生，这里我们再超前一点：数字孪生能不能搞用户化和通用化呢，当然也可以。

这个阶段是难以计划，会延迟生产，也会造成成本超支，并可能导致延迟发货，影响客户满意度。由于数字孪生是物理资产的准确表征，可以用于对新网络或设备设计的虚拟调试。

在虚拟调试时，如果发现问题需要进行设计优化，则可以在计算机上对虚拟的系统模型进行更改，虚拟调试允许重新更改网络规划、重新编程机器人或更改变频驱动器、PLC 编程等操作。一旦重新编程，系统会再次进行测试，如果通过，则可以进行下一阶段的物理部署。

通过虚拟调试实现对设备的设计进行仿真验证，缩短从设计到物理实现的时间；

使用虚拟调试来提前测试设备运动部件以发现机械干涉，以及提前验证自动化 PLC 编程和上位软件，这样可以使现场的调试速度更快，风险更低。

网络规划和仿真验证系统

在设计阶段，通过 SINETPLAN 实现对工业网络 PROFINET 的规划设计和仿真，识别潜在的问题并避免发生。

新建、组态 PROFINET 网络，或导入现有项目，进行网络负载仿真，流量整形保证网络运行安全可靠，优化网络资源和透明化网络利用率；也可以对已安装 PROFINET 网络进行在线扫描和验证。

网络架构让真正网络工程师去搞，我不懂。知道它是啥就行，不用什么都通，面面俱到：知道需要什么，输出什么，标准是什么，流程是什么差不多了，再配合配合嘛。

设备的数字孪生

在设备开发中应用虚拟调试，首先要创建一个设备的数字孪生即虚拟设备，虚拟设备构成主要有三部分，即物理和运动系统模型、电气和行为模型、自动化模型。

其中：

物理和运动系统模型主要是机械组件，比如设备主体、执行机构、输送带、工装夹具等；

电气和行为模型主要是一些活动组件例如驱动器、阀门和外设行为；

自动化模型是 DCS,PLC 程序和上位机软件。

这三种模型都需要数字孪生仿真

虚拟调试系统（这个东西是核心，其他都是辅助）

虚拟调试系统分软件在环（SiL: Software in Loop）和硬件在环 (HiL:Hardware in Loop)，根据不同的仿真环境可以选择软件在环或硬件在环。

软件在环是把整体设备完全虚拟化，即由虚拟控制器 CPU、虚拟 HMI、虚拟信号及模型算法、虚拟机械模型组成；

（软件在环就是软件虚拟化，仿真化，不仅仿真软件模型,贴张图说这个就是HMI视图也可以，还要仿真的软件的功能）

硬件在环是把设备主要的硬件放在仿真环境中，使用真实 HMI、真实控制器 CPU、现场 IO 设备与虚拟机械模型组成虚拟设备模型。

（硬件在环是将现实的硬件设备和虚拟硬件设备仿真模型连接起来，共同组成一个硬件仿真环境，无论是软件也好，硬件也好，最终都是仿真实体的模型和机理，就这两件事，看清楚了就不觉得复杂了。）

通过搭建虚拟调试平台，对包含多物理场以及通常存在于机电一体化产品中的自动化相关行为进行 3D 建模和仿真，使机械、电气和自动化设计能够同时工作，并行协同设计一个项目：

a）对工业网络 PROFINET 进行高效规划、布局、仿真和验证。（网络规划）

b）机械工程师可以根据三维形状和运动学创建数字模型。（实体数字模型，前面的基础知识篇中有这些概念，感兴趣的小伙伴可以去看一下）

c）电气工程师可以选择并定位传感器和驱动器等行为模型。（行为模型仿真，别忘了还有上一篇里面提及的动作控制柜，什么原理呢，所有相关的物理性操作的集成封装到一个控制系统中）

d）自动化编程人员可以设计设备的控制逻辑和 HMI 程序，然后与机械模型、电气模型连接，实现基于事件或命令的控制和运动模型。