俄罗斯自然科学院院士朱文华：机器人应用CPS数字孪生

前言

2024第十四届中国国际机器人高峰论坛报告实录整理。

5月30日，2024第十四届中国国际机器人高峰论坛在芜湖隆重召开，机器人及智能制造领域顶尖专家、企业高管、行业精英等600余人齐聚芜湖，万字干货热聊机器人时代。

在上午的院士报告环节中，俄罗斯自然科学院院士朱文华围绕「机器人应用CPS数字孪生」这一主题，展开了精彩报告。

摘要：机器人CPS+数字孪生是数字智能发展重要的使能技术，是制造企业数字化转型的关键，是第四次工业革命的基础。

以下是本次报告实录，「中国机器人网」整理删改：

工业4.0与CPS

工业4.0中的两大主题是智慧工厂与智能制造，其中有一个很重要的概念就是CPS。CPS虚拟世界和现实世界在工业领域应用中的高度融合，是工厂、机器、生产资料和人通过网络技术的高度联结，它是实现工业4.0的基础。

CPS是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computation、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。

如何实现CPS？整个CPS的实现通过五层的构架实现：

在整个构架过程中，机器人实现实现了两大空间：物理空间和信息空间。

机器人的应用

1921年，捷克的一个著名作家卡雷尔·恰佩克创造了一个词叫“Robot”，现在把它叫做机器人。

联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”

机器人给我们的生活带来许多便利。我们讲机器人的时候有两个手，一个叫工作的帮手，一个叫生活的助手，从这两个概念来说，机器人就分成了两大类，一类是工业机器人，工业机器人应用在工业场景里面；另一类是特种机器人，可以用在医疗上。从机器人的角度来说，还有服务机器人。

工业机器人主要的应用场景包括搬运码垛、装配、涂装、焊接等。2023年，我国工业机器人市场规模已经达到了800多亿。特种机器人领域将是我国现在主要发力的一个战场。

数字孪生概述

数字孪生（Digital Twins）也被称为数字镜像、数字双胞胎和数字化映射。最早的数字孪生思想由密歇根大学的Michael Grieves命名为“信息镜像模型”(Information Mirroring Model)，而后扩展为“数字孪生”的术语。

2012年NASA公布的技术路线图中给出了数字孪生的概念描述。数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。

数字孪生的五维模型包括：物理实体、虚拟模型、应用服务、孪生数据以及连接。

为什么要讲数字孪生？机器人的市场规模很大，但机器人相对而言价格比较昂贵。从这个角度来说，机器人的应用人才是短版，数字孪生可以很好的做人的替代。同时，数字孪生能够带来新的数字化技术的增量，使工业走向了一个新的数字化时代。

机器人信息物理融合

到底需要什么样的数据来做数字孪生？这里面有很重要的一个概念，就是5C技术体系架构。中间有一块非常重要的内容就是数据连接层，即按照活动目标和信息分析的需求，进行选择性和有所侧重的数据收集。

数据如何进行连接？我们采用了一个概念叫OPC，用OPC来建立智慧传感网络。从智慧传感网络的角度来说，我们把整个数据做一个影射，影射出来的数据通过浏览模块、订阅模块接收，使信息和物理可以得到有效的融合。

除了这个融合以外，我们要去实现这个过程，就需要用精确的建模工具建立孪生模型，只有孪生模型和实体模型完全数据对应，才能实现数字孪生。

从这个角度来说，我们同样也需要整个工业系统跟实际的应用进行对应，所以需要建立一个交互测试系统。

数字三生总体技术路线：

数字孪生的应用

1.通过实时数据驱动的虚拟空间，动态反应实体状态。模拟机器人和环境之间的关系，结合活动目标，对现实空间的活动进行模拟、评估、推演与预测。形成决策知识，并构成完整的知识应用与知识发现体系。

2.虚实交互通过信息空间的数据驱动的孪生体，虚实联动.在虚拟世界中的操作能够在真实物理世界得到反馈.多跨协同，体现在跨领域、跨地区、跨部门、跨层级、跨业务、跨隶属关系等等方面的跨越和联动。

3.人机协同智能数字孪生系统。通过以数据为驱动，自我改进态势感知，动态寻找系统优化的解决方案,并最终形成具有自评价、自预测、自重构功能的自动决策模型。

免责声明

文章来源：中国机器人网‍‍‍‍‍‍

凡资讯来源注明为其他媒体来源的信息，均为转载自其他媒体，并不代表本网赞同其观点，也不代表本网对其真实性负责，转载请联系原出处。您若对该文章内容有任何疑问或质疑，请立即与后台小编联系，平台将迅速给您回应并做处理。注明本公司原创内容，转载请与我们联系。