CN113703412A - 基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统及系统构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，包括：数控系统、物理空间、数字孪生中间层和数字孪生数字空间；物理空间包括数控机床；数字孪生数字空间包括控制模型和功能模型；功能模型用于模拟数控机床的机床运动；控制模型用于模拟数控机床对机床运动的控制功能；数控系统用于将控制信号发送到物理空间和数字孪生中间层；控制模型通过运动信号控制功能模型执行模拟作业；数字孪生中间层用于物理空间与数字孪生数字空间的连接与映射；数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；性能分析优化模块用于根据数控机床的运行数据和功能模型的运行数据对功能模型进行参数调节。本发明提高了虚拟调试的真实性。
Description
技术领域
本发明涉及数字孪生技术领域，特别是涉及一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统。
背景技术
数控机床作为生产系统的主要制造设备，在生产前，需要对NC(NumericalControl，数字控制)程序和伺服动态参数进行测试和优化，以保证产品的批量生产质量，该过程称为调试，耗时且影响生产效率。同时增加定制产品和缩短制造周期的要求导致生产系统日益复杂，加重了调试的成本和负担，甚至引起安全问题。
目前，解决调试问题的常用方法是虚拟调试，是在数控机床的虚拟模型上进行调试过程。与实际机床调试方法相比，显著减少了调试时间和成本。但是由于虚拟模型与真实机床彼此分离，缺少交互，传统虚拟调试方法无法反映物理设备的真实状态。虚拟模型与物理设备之间的信息不一致导致调试结果不可靠，无法直接指导生产，通常需要进一步实际调试进行验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统及系统构建方法，提高了虚拟调试的真实性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，包括：数控系统、物理空间、数字孪生中间层和数字孪生数字空间；
所述物理空间包括数控机床；
所述数字孪生数字空间包括控制模型和功能模型；所述控制模型和功能模型控制连接，所述功能模型包括根据所述数控机床的实体设备建立的三维模型，所述功能模型用于模拟所述数控机床的机床运动；所述控制模型用于模拟所述数控机床对机床运动的控制功能；
所述数控系统用于将控制信号发送到所述物理空间和所述数字孪生中间层；所述控制模型接收所述数字孪生中间层的控制信号，并将所述控制信号解析为运动信号，所述控制模型通过所述运动信号控制所述功能模型执行模拟作业；
所述数字孪生中间层用于所述物理空间与所述数字孪生数字空间的连接与映射；所述数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；所述数字孪生模型映射模块用于建立所述物理空间和所述数字孪生数字空间之间的映射关系，所述性能分析优化模块用于根据所述数控机床的运行数据和所述功能模型的运行数据对所述功能模型进行参数调节。
可选地，所述控制模型通过共享内存变量的方式与所述功能模型建立控制信号适配。
可选地，所述三维模型包括模拟的具有刚性属性的机电对象，所述功能模型还包括第一传感器、执行器和为具有刚性属性的机电对象设置的运动副与约束，所述执行器用于接收所述控制模块的控制信号并驱动所述机电对象进行运动，所述第一传感器用于采集所述机电对象的仿真运动数据。
可选地，所述物理空间还包括第二传感器，所述第二传感器用于采集所述数控机床的运行数据。
可选地，所述运行数据包括主轴转速、主轴位移和主轴加速度。
可选地，所述物理空间包括机床控制器，所述机床控制器用于控制所述数控机床运行。
可选地，所述数字孪生模型映射模块用于利用OPC UA工业通讯协议为所述机床控制器与所述控制模型建立映射关系。
可选地，所述数控系统还包括OPC UA服务器，所述OPC UA服务器用于存储所述数控机床的控制信号。
可选地，所述数字孪生中间层利用OPC UA Client Driver建立跳转服务器，所述跳转服务器用于所述数字孪生中间层匿名登录所述OPC UA服务器。
本发明还公开了一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法，所述基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法构建所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，所述基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法包括包括：
构建数控机床的物理空间：设置数控机床的机床参数、设置数控机床的网络端口、确定所述数控机床与数控系统交互的控制参数、确定所述数控机床的可编程逻辑控制器的控制参数；
建立所述数控机床的数字孪生数字空间：采用三维软件根据所述数控机床的实体设备建立三维模型，记为功能模型，并为所述功能模型赋予刚性属性的机电对象、为具有刚性属性的机电对象设置运动副与约束、为所述功能模型添加第一传感器和执行器，所述功能模型用于模拟所述数控机床的机床运动；根据所述数控机床与数控系统交互的控制参数和所述数控机床的可编程逻辑控制器的控制参数，建立用于模拟所述数控机床的数字控制和可编程逻辑控制的控制模型；所述控制模型通过共享内存变量的方式与所述功能模型建立控制信号适配；
建立数字孪生中间层：所述数字孪生中间层用于所述物理空间与所述数字孪生数字空间的连接与映射，所述数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；所述数字孪生模型映射模块用于建立所述物理空间和所述数字孪生数字空间之间的映射关系，所述性能分析优化模块用于根据所述数控机床的运行数据和所述功能模型的运行数据对所述功能模型进行参数调节。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过数字孪生中间层在物理空间和数字孪生数字空间之间建立映射关系，降低了功能模型和控制模型的设计难度，同时可以更真实地反映数控机床的工作状态，提高了虚拟调试的真实性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统结构示意图；
图2为本发明数字孪生数字空间结构示意图；
图3为本发明数字孪生中间层工作流程示意图；
图4为本发明基于OPC UA工业通讯协议的匿名登录示意图；
图5为本发明一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统的试验方案示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统及系统构建方法，提高了虚拟调试的真实性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统结构示意图，如图1所示，一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统包括：数控系统1、物理空间2、数字孪生中间层3和数字孪生数字空间4；
物理空间2包括机床控制器、第二传感器和数控机床21。第二传感器用于采集数控机床21的运行数据。机床控制器用于控制数控机床21运行。第二传感器通过外围I/O与数控系统1连接，实现控制信号和相关数据的采集与解析。
机床控制器包括NC控制器22和PLC(Programmable Logic Controller)控制器23，NC控制器22用于接收数控系统操作面板的控制信号，PLC控制器23用于接收数控机床操作面板控制信号，控制机床的运行。
数字孪生数字空间4包括控制模型42和功能模型41；控制模型42和功能模型41控制连接，功能模型41包括根据数控机床21的实体设备建立的三维模型，功能模型41用于模拟数控机床21的机床运动；控制模型42用于模拟数控机床21对机床运动的控制功能。控制模型42模拟数控机床21的NC和PLC控制功能。
数控系统1用于将控制信号发送到物理空间2和数字孪生中间层3；控制模型42接收数字孪生中间层3的控制信号，并将控制信号解析为运动信号，控制模型42通过运动信号控制功能模型41执行模拟作业。
数字孪生中间层3用于物理空间2与数字孪生数字空间4的连接与映射；数字孪生中间层3包括数字孪生模型映射模块32和性能分析优化模块31；数字孪生模型映射模块32用于建立物理空间2和数字孪生数字空间4之间的映射关系，性能分析优化模块31用于根据数控机床21的运行数据和功能模型41的运行数据对功能模型41进行原始模型参数以及仿真参数调节。运行数据包括主轴转速、主轴位移和主轴加速度。
控制模型42通过共享内存变量的方式与功能模型41建立控制信号适配。
三维模型包括模拟的具有刚性属性的机电对象，功能模型41还包括第一传感器、执行器和为具有刚性属性的机电对象设置的运动副与约束，执行器用于接收控制模块的控制信号并驱动机电对象进行运动，第一传感器用于采集机电对象的仿真运动数据。具体为，第一传感器采集各刚体对象仿真数据反馈至数字孪生中间层3的性能分析优化模块31。
采用OPC UA工业通讯协议访问数控系统1及机床控制器进行相关数据和协议的解析，建立了物理空间2与数字孪生数字空间4的映射关系，同时，数字孪生中间层3性能分析优化模块31接收数字孪生数字空间4和物理空间2反馈的运行数据，优化模型参数。数控系统1为Sinumerik 828D数控系统。
数字孪生模型映射模块32用于利用OPC UA工业通讯协议为机床控制器与控制模型42建立映射关系。
数控系统1还包括OPC UA服务器，OPC UA服务器用于存储数控机床21的控制信号。
数字孪生中间层3利用OPC UA Client Driver建立跳转服务器，跳转服务器用于数字孪生中间层3匿名登录OPC UA服务器。数字孪生中间层3通过匿名登录OPC UA服务器，获得数控机床21的控制信号，并将数控机床21的控制信号发送到数字孪生数字空间4的控制模型42。
本发明一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，基于数字孪生理论，包括数控机床21的物理空间2、数字孪生中间层3和数字孪生数字空间4，数字孪生数字空间4通过数字孪生中间层3与物理空间2进行连接。
物理空间2代表了真实机床及其外围设备，是由数控机床21主轴、程序控制系统、工作台、刀架、I/O等硬件设备组成。通过信息载体输入数控系统1，经运算处理发出各种控制信号，控制器控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
数控机床21数字空间是由控制模型42和功能模型41构成。控制模型42负责描述真实机床电气和自动化系统，模拟数控机床21NC和PLC控制功能，实现对运动以及机床功能控制实现；功能模型41负责描述真实机床的机械部件，建立刚体模拟基本机电对象，设置运动副与约束，添加传感器和执行器模拟真实机床实际工作能力。根据虚拟调试闭环控制要求，控制模型42通过共享内存变量的方式将主轴转速、位移、加速度等符号的控制信号与功能模型41建立适配。
数字孪生中间层3包含数字孪生模型映射和性能分析优化模块31，藉由要调试的功能对数控系统1和PLC编程，数字孪生中间层3采用OPC UA工业通讯协议访问数控系统1及控制器进行相关数据和协议的解析，与数字空间控制模型42建立映射关系实现数控机床21控制器的虚拟化；采集数字空间和物理空间2的主轴转速、位移、加速度等运行数据，由中间层性能分析优化模块31完成分析及决策，优化模型参数，完善数字空间与物理空间2的实时协同仿真和控制。
基于OPC UA工业通讯协议实现的控制通讯及数据采集：将数控系统PLC和CNC控制信号传输到数字孪生中间层3绑定到数字空间控制模型42。
采用订阅模式实时获取OPC UA服务端的数据并将采集到的数据传输到数字孪生中间层3服务器，当数据发生变化时用回调的方式避免了循环读取，提升系统性能并保证系统的实时性。
为实现数据通信的安全访问，在计算机上架设转发服务器实现匿名登陆，避免多次部署私钥，保证多设备通讯的便利和安全。
数字孪生中间层3作为数控机床21数字孪生逻辑实现层，作为处理核心连接物理空间2和数字空间。其功能分为三个部分：
1、为物理空间2与数字空间建立映射关系，从数控机床21设计概念出发，根据真实机床实体指导数字空间控制模型42以及功能模型41模块设计。
2、模型参数调控，建立数字空间控制模型42和功能模型41后，对模型参数进行验证和调试；同时根据设计功能得到仿真结果后，需要根据仿真结果对仿真参数进行调试及验证。
3、结果分析及参数优化，为完善物理空间2和数字空间一致性，计算数字空间仿真曲线与物理空间2实测曲线的差值，根据参数曲线误差梯度对参数值进行调优，以便模型生成与实测数据匹配的结果。基于此结果，选择新的参数值进行新一轮仿真，循环计算参数值的梯度，确定参数应调整的方向。
连接真实SINUMERIK 828D数控系统驱动物理空间2和数字空间，数字空间中所有的轴都可以实现运动和动作。调入换刀程序及加工程序，数字空间功能模型41可完成数控程序指令进行换刀及工件加工。
本发明具有以下有益效果：
本发明为确保虚拟调试结果可靠性，数字空间设计涉及多领域、多学科，在电气控制、机械、自动化方面建立了与物理空间的映射接口，可以更真实地反映数控机床的工作状态，也降低了模型的设计难度；数字空间与物理空间的映射接口控制以及数据采集通讯通过OPC UA工业通讯协议，尽可能避免了数控系统平台的干扰，同时建立了匿名登录方法，保障通讯安全和质量；最后，设计数字孪生中间层作为本发明技术方案的核心逻辑实现，实现决策智能化和准确实时的数字孪生映射。
本发明一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统的具体实施方式如下：
首先，在机床TCP/IP总线中为X130网络端口分配IP，开启TCP/4840通讯端口；在机床调试栏中激活OPC UA端口，设置管理员及密码；数控系统1重新上电，使功能生效。
其中，如图2所示，数控机床21数字空间是由控制模型42和功能模型41构成。控制模型42负责描述真实机床电气和自动化系统，模拟数控机床21NC和PLC控制功能，实现对运动以及机床功能控制实现；功能模型41负责描述真实机床的机械部件，建立刚体模拟基本机电对象，设置运动副与约束，添加传感器和执行器模拟真实机床实际工作能力。
最后，根据虚拟调试控制和运动需求，添加相关信号符号，与控制模型42建立信号适配。
如图3所示，建立控制模型42和功能模型41后，根据数控机床21设计概念，验证数字空间控制模型42以及功能模型41模块设计参数，为物理空间2与数字空间建立映射关系。
模型参数调控，建立数字空间控制模型42和功能模型41后，对模型参数进行验证和调试；同时根据设计功能得到仿真结果后，与机床功能设计进行比较，根据仿真结果对仿真参数进行调试及验证。
图4中OPC服务器(A)为数据系统1中的OPC UA服务器，OPC服务器(B)为数字孪生中间层3中设置的OPC服务器，OPC服务器(A)与OPC服务器(B)利用OPC UA Client Driver连接，客户端表示控制模型42。如图4所示，通过X130接口连接Sinumerik 828D数控系统与计算机，利用OPC UA工业通讯协议，将数控系统PLC和CNC控制信号传输到数字孪生中间层3，并绑定到数字空间控制模型42。
使用OPC UA工业通讯协议直接访问数控系统1内置的OPC UA服务器，浏览服务器地址空间，读取传输过来的信号与数据，利用订阅事件来保证实时采集数据，设定监控项，并接收处理监控项数据变化通知以完成监控项读取，整体系统响应迅速，同时降低了系统的能耗。
利用OPC UA Client Driver建立跳转服务器，实现数字孪生中间层3匿名登录数控系统1内置的OPC UA服务器，保障通讯安全和质量。
如图3所示，结果分析及参数优化，对得到的数字空间仿真输出和物理空间2得到的试验输出进行分析与决策，对模型参数进行反馈改进，完善物理空间2和数字空间一致性。
如图5所示，为验证上述虚拟调试方法的有效性，设计了实验方法。根据虚拟调试要求，对机床功能进行调整，建立NC和PLC参数交互，编写数控程序，进行功能测试试验。同时将控制信号传输至数字空间进行仿真，结合试验结果和仿真结果进行分析，验证PLC、NC程序交互，实现基于实际控制器行为的路径验证。
本发明还公开了一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法，所述基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法构建所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，所述基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法包括包括：
步骤101：构建数控机床的物理空间：设置数控机床的机床参数、设置数控机床的网络端口、确定所述数控机床与数控系统交互的控制参数、确定所述数控机床的可编程逻辑控制器的控制参数。
数控机床的网络端口为X130网络端口。
步骤102：建立所述数控机床的数字孪生数字空间：采用三维软件根据所述数控机床的实体设备建立三维模型，记为功能模型，并为所述功能模型赋予刚性属性的机电对象、为具有刚性属性的机电对象设置运动副与约束、为所述功能模型添加第一传感器和执行器，所述功能模型用于模拟所述数控机床的机床运动；根据所述数控机床与数控系统交互的控制参数和所述数控机床的可编程逻辑控制器的控制参数，建立用于模拟所述数控机床的数字控制和可编程逻辑控制的控制模型；所述控制模型通过共享内存变量的方式与所述功能模型建立控制信号适配。
步骤103：建立数字孪生中间层：所述数字孪生中间层用于所述物理空间与所述数字孪生数字空间的连接与映射，所述数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；所述数字孪生模型映射模块用于建立所述物理空间和所述数字孪生数字空间之间的映射关系，所述性能分析优化模块用于根据所述数控机床的运行数据和所述功能模型的运行数据对所述功能模型进行参数调节。
下面详细说明本发明一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法，该方法利用基于数字孪生的数控机床21数字空间与物理空间2在统一平台上进行实时协同仿真和控制，数字空间集成机械、电气和自动化控制等多学科虚拟设计，基于OPC UA工业通讯协议解决了多设备多工具实时通讯以及安全问题，设计了基于性能分析算法实现控制模型42和功能的动态调整，维护了数字空间与物理空间2的一致性，并在数控机床21试验台上验证了调试系统的有效性。
Step1：完善物理空间2。设置机床参数，开启网络端口，调整机床通讯功能；建立NC(Numerical Control，数字控制)和PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)参数交互，在数控系统1内编写测试数控程序，测试机床控制器及数控机床21功能和运行状态，其中NC是指数控系统对数控机床的数字控制。
Step2：建立数控机床21数字空间。依据数控机床21概念设计，在三维软件中建立数控机床21实体设备的三维模型，为三维模型赋予刚体属性模拟基本机电对象，设置运动副与约束，添加传感器和执行器模拟机床运动，形成数字空间功能模型41；在功能模型41的基础上，添加电气控制模块模拟数控机床NC和PLC控制功能，形成数字空间控制模型42，模拟真实机床电气自动化系统；根据虚拟调试闭环控制要求，控制模型42通过共享内存变量的方式将主轴转速、位移、加速度等符号的控制信号与功能模型41建立适配。
Step3：设计数字孪生中间层3。数字孪生中间层3作为数控机床21的数字孪生逻辑实现层，作为处理核心连接物理空间2和数字空间(数字孪生数字空间4)。数字孪生中间层3包含数字孪生模型映射模块32和性能分析优化模块31，数字孪生模型映射模块32采用OPCUA工业通讯协议访问数控系统1及数控机床21控制器(机床控制器)进行控制编码和指令的解析，与数字空间的控制模型42建立映射关系实现数控机床21控制器的虚拟化；同步采集数字空间和物理空间2的主轴转速、位移、加速度等运行数据，由性能分析优化模块31完成分析及决策，优化模型参数，完善数字空间与物理空间2的实时协同仿真和控制。
利用测试数控程序，在数控机床21数字空间内模拟实际机床工作，获取数字空间控制模型42和功能模型41的位移、速度、加速度的仿真结果，验证数字空间模型设计参数。
利用OPC UA工业通讯协议，为数控系统1及机床控制器与数字空间控制模型42建立映射关系；为保障通讯安全和质量，利用OPC UA Client Driver建立跳转服务器，实现数字孪生中间层3匿名登录数控系统1内置的OPC UA服务器。数字孪生中间层3访问数控机床21内置的OPC UA服务器，读取机床控制信号，映射至数字空间控制模块，控制功能模块实时进行加工过程仿真；实时采集主轴转速、位移、加速度等运行数据。
根据数字空间仿真结果和物理空间2试验结果计算仿真误差，优化模型参数，完善物理空间2和数字空间一致性。假设数字空间仿真结果是有关控制信号Xi和模型参数θ的初函数f(Xi|θ)，物理空间2实验结果为Yi。其中，Xi表示第i个样本特征，Yi表示第i个样本对应的输出，均为已知观测值。则对于k个样本(Xi,Yi)(i＝1,2,3...k)计算仿真与试验结果误差
即误差J是个关于模型参数θ的函数，为求得合适的模型参数θ使数字空间仿真结果和物理空间2试验结果误差J最小，计算参数梯度
向梯度反方向进行搜索来确定新的模型参数，即
θold表示原始模型参数。最后，将新的模型参数反向带入数字空间中，进行新一轮仿真，以便功能模型41生成与实测数据匹配的结果，建立完整的数控机床21数字孪生虚拟调试系统。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，包括：数控系统、物理空间、数字孪生中间层和数字孪生数字空间；
所述物理空间包括数控机床；
所述数字孪生数字空间包括控制模型和功能模型；所述控制模型和功能模型控制连接，所述功能模型包括根据所述数控机床的实体设备建立的三维模型，所述功能模型用于模拟所述数控机床的机床运动；所述控制模型用于模拟所述数控机床对机床运动的控制功能；
所述数控系统用于将控制信号发送到所述物理空间和所述数字孪生中间层；所述控制模型接收所述数字孪生中间层的控制信号，并将所述控制信号解析为运动信号，所述控制模型通过所述运动信号控制所述功能模型执行模拟作业；
所述数字孪生中间层用于所述物理空间与所述数字孪生数字空间的连接与映射；所述数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；所述数字孪生模型映射模块用于建立所述物理空间和所述数字孪生数字空间之间的映射关系，所述性能分析优化模块用于根据所述数控机床的运行数据和所述功能模型的运行数据对所述功能模型进行参数调节。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述控制模型通过共享内存变量的方式与所述功能模型建立控制信号适配。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述三维模型包括模拟的具有刚性属性的机电对象，所述功能模型还包括第一传感器、执行器和为具有刚性属性的机电对象设置的运动副与约束，所述执行器用于接收所述控制模块的控制信号并驱动所述机电对象进行运动，所述第一传感器用于采集所述机电对象的仿真运动数据。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述物理空间还包括第二传感器，所述第二传感器用于采集所述数控机床的运行数据。
5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述运行数据包括主轴转速、主轴位移和主轴加速度。
6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述物理空间包括机床控制器，所述机床控制器用于控制所述数控机床运行。
7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述数字孪生模型映射模块用于利用OPC UA工业通讯协议为所述机床控制器与所述控制模型建立映射关系。
8.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述数控系统还包括OPC UA服务器，所述OPC UA服务器用于存储所述数控机床的控制信号。
9.根据权利要求8所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，其特征在于，所述数字孪生中间层利用OPC UA Client Driver建立跳转服务器，所述跳转服务器用于所述数字孪生中间层匿名登录所述OPC UA服务器。
10.一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法，其特征在于，所述基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法构建权利要求1-9任一项所述的基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，所述基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统构建方法包括：
构建数控机床的物理空间：设置数控机床的机床参数、设置数控机床的网络端口、确定所述数控机床与数控系统交互的控制参数、确定所述数控机床的可编程逻辑控制器的控制参数；
建立所述数控机床的数字孪生数字空间：采用三维软件根据所述数控机床的实体设备建立三维模型，记为功能模型，并为所述功能模型赋予刚性属性的机电对象、为具有刚性属性的机电对象设置运动副与约束、为所述功能模型添加第一传感器和执行器，所述功能模型用于模拟所述数控机床的机床运动；根据所述数控机床与数控系统交互的控制参数和所述数控机床的可编程逻辑控制器的控制参数，建立用于模拟所述数控机床的数字控制和可编程逻辑控制的控制模型；所述控制模型通过共享内存变量的方式与所述功能模型建立控制信号适配；
建立数字孪生中间层：所述数字孪生中间层用于所述物理空间与所述数字孪生数字空间的连接与映射，所述数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；所述数字孪生模型映射模块用于建立所述物理空间和所述数字孪生数字空间之间的映射关系，所述性能分析优化模块用于根据所述数控机床的运行数据和所述功能模型的运行数据对所述功能模型进行参数调节。
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