设备仿真合集 | 工业制造数字孪生协同管控

从工业制造角度看，数字孪生技术构建物理实体与虚拟空间的双向映射通道，通过实时数据交互与多源异构数据融合，形成“感知-分析-决策-执行”的智能化闭环。其核心是将物理实体的运行状态、环境参数及扰动信号实时映射至虚拟空间，为工业智能化提供数据驱动的决策支持与流程优化能力。

图扑软件利用自研 HT 二三维可视化引擎，为众多行业的工业设备数字化转型提供强大技术支撑。依托自研 HTML5 2D/3D 图形渲染引擎，采用 B/S 架构，支持跨平台轻量化部署，能够加载从消费级设备（如电钻、扫地机器人）到工业级装备（如风力发电机、发动机）等多类型工业设备数字孪生模型。

平台深度整合设备的实时运行数据、历史维修记录与故障信息，构建起集“数据可视化、诊断智能化、管理数字化”于一体的智能设备管理平台。

消费级设备虚拟实操

依托 HT 数字孪生构建的三维教学培训体系，能够将抽象知识转化为可视化、交互式的数字模型。学员可在高度拟真的虚拟环境中开展技能实操演练，助力学员在知识体系、技能实操、思维培养等维度全面提升。研发优化则聚焦结构仿真，搭建与实物一致的虚拟模型，模拟推演产品全生命周期运行状态，及时优化设计方案，缩短研发周期，降低试错成本。

家用搅拌机

利用 3D 可视化方式将物理设备的结构、功能与运行逻辑转化为可交互的虚拟模型，为产品研发、客户端演示及售后服务提供创新解决方案。在虚拟空间中模拟搅拌机启动、调速、停机的全流程，仿真复现电机转动如何通过传动装置驱动刀片旋转，以及不同转速下流体的搅拌动力学特性。

客户端演示则可通过交互操作拆解模型，查看齿轮啮合、密封件安装等内部结构关系，替代传统说明书的静态图文展示。针对产品研发端，接入电机电流、转速传感器等实时数据，在虚拟场景中同步展示搅拌负载变化对电机温度、能耗的影响。辅助研发人员优化刀片材质或电机功率配置，缩短物理样机迭代周期。

扫地机器人

HT 生成的设备三维说明书，以精美模型展示其驱动轮、边刷、滚刷、吸尘电机、电池、传感器、主控板等内部结构，能够精准体现协同工作原理，如驱动轮移动转向、边刷滚刷聚拢垃圾、传感器路径规划。设备的动态拆解模拟从拆卸外壳开始，逐步展示内部部件分解过程，系统接入清扫时间、面积、电量、传感器数据等运行数据，并进行可视化实时分析，为研发人员优化产品设计提供直观支持。

传统研发依赖二维图纸与物理样机，而三维可视化方案可在虚拟环境中提前验证结构冲突或优化空间布局，如边刷与驱动轮的运动干涉、电池与主控板的散热间距等。将物理样机迭代次数从 5-8 次缩减至 2-3 次，大幅降低研发成本。

VR 电钻元件

HT 利用 VR 可视化技术立体展示电钻手柄、钻头夹头的空间布局，剖析电机与齿轮的装配关系，通过动态演示拆解顺序与握持逻辑，为岗前培训提供可视化教材。

用户在 VR 虚拟空间中，使用控制器细致观察任意角度的复杂设备内部结构，理解零部件功能与连接逻辑。有效避免因传统实物昂贵、稀缺或拆解存在风险而导致的教学受限问题。

电力工程设备远程运维

HT 数字孪生搭建的集控中心，实现了远程运维、预测性维护与能效优化的智能化协同升级。通过集控中心的虚拟仿真设备，运维人员可突破空间限制，远程获取设备运行数据，完成调试与故障处理。支持模拟不同工况下的能耗数据，动态优化运行参数，有效提升运维效率，助力企业降本增效，推动绿色可持续发展。

风力发电机

针对海上、山区极端环境挑战，HT 系统通过高精度三维模型精准复现叶片、轮毂、齿轮箱、发电机等关键部件，动态演示风向变化时偏航系统自动调整叶片角度的运行过程。

可视化场景能实时接入风速、轴承温度、振动频率等核心参数，利用应力模拟算法预判关键部件的磨损趋势，将传统季度性巡检升级为 7×24 小时在线预测性维护。内部电气线路与液压管路走向细节的深度展示，使技术人员得以远程完成高效检查与诊断，大幅缩短响应时间。

水轮机

传统通过平面图、塑料静态模型或实地参观水电站的方式，难以直观、系统地呈现水轮机的内外部结构及工作原理。图扑构建的 1：1 水轮机三维数字孪生系统，清晰展示蜗壳、导水机构、转轮等核心部件结构。

图扑 HT 交互式分步拆解功能，能在转轮拆解环节呈现螺栓拆除、吊装设备操作等流程，精准复现机组设备主要部件的拆解与组装逻辑。结合动态标注关键装配参数（如螺栓扭矩、部件间隙等）与技术规范，帮助维修人员快速掌握拆卸步骤与装配关系，显著提高现场检修效率与作业安全性，助力发电效能最大化。

冷却塔

在 HT 三维场景中，动态演示了水流与空气的热交换过程，并实时同步展示风机转速、水温、风量等多维数据参数。系统支持运维人员远程对三维模型进行拆解，直观查看内部填料更换、管道清洗等维护流程。同时，可仿真不同工况下的运行策略（如风机启停数量调节、喷淋水量控制等），可以自动生成能耗与冷却效率的对比曲线，助力作业人员优化策略，降低风机电耗与水资源浪费。

电气开关柜

基于 HT 平台运维人员可随时随地通过现场设备模型，实时监控开关柜的运行状态和相关数据。即使与开关柜相隔甚远，也能如亲临现场一般，对设备进行远程监控管理。

当电气开关柜在实际运行中出现温度升高等异常情况时，场景内的3D 模型立即通过图表、高亮警示等方式直观告警，辅助运维人员快速定位故障点。

流程工业设备精准维保

面对化工、水泥等流程型制造领域复杂多变的生产环境，HT 借助数字孪生技术构建全生产周期可视化管理体系，归集整合物料流转、设备运行、工艺参数等多维度数据，通过动态图表实时呈现产线全貌，助力管理人员精准把控生产进度与设备状态。

油气站离心压缩机

在离心压缩机实际运行中，地质变化、管网压力波动等因素易导致其流量、进气压力等参数波动。在 HT 3D 场景中提供一键式拆解动态演示，两侧 2D 面板集中展示设备技术参数、历史记录及备件库存等关键数据，以可视化形式简化复杂数据分析。

作为三维说明书使用时，系统精密呈现油气压缩机内部结构，如机体、转子、轴承、密封装置。支持动态模拟拆解过程（从外部防护装置开始按序拆解），直观展示部件功能及装配关系。更关键的是，通过仿真不同转速下的压缩效率与能耗曲线，辅助制定合适的运行策略，降低能耗。

水泥粉磨系统

在水泥生产行业，水泥粉磨环节能耗高、设备故障频发、工艺参数调控复杂等问题长期制约企业降本增效。HT 数字孪生水泥粉磨工艺流程，1:1 还原破碎机、生料磨、水泥磨、选粉机等核心设备及输送系统的结构细节。

该系统拥有生产监控、工艺优化和故障预警这三大核心功能。其中，生产监控功能让操作员能够远程了解生产全流程的工况；工艺优化功能会依据历史数据和仿真结果，为参数调整提供建议；故障预警功能则可以提前发现潜在问题。助力水泥企业构建完善的数字化管控体系。

污水处理厂

数字孪生污水处理厂监控平台内可针对格栅机、水泵等关键设备开展 360° 可视化结构巡检。结合振动、温度、压力等传感器回传的监测数据，直观反映轴承磨损、密封件老化等内部隐患。

平台提供水泵变频参数远程调控、格栅机运行周期智能优化等操作，结合三维拆解的可视化引导，运维人员可在线完成设备虚拟检修仿真，并通过长期数据积累形成设备 “数字档案库”。形成从初期选型阶段的能效模拟分析，到退役前的剩余寿命预测评估，实现设备资源的全周期优化配置。

离心泵

HT 系统以透明化视角拆解设备核心组件，提供智能纠错机制（错误操作实时警示），并结合历史数据标注易损件“寿命预警”，实现维护优先级智能化。

系统支持提供智能纠错机制，若新员工学习标准装配流程期间出现错误操作，系统回即时弹出红色警示，通过风险提示强化正确操作认知。在应急处置期间，系统能快速模拟叶轮卡滞等故障，员工通过对比正常与故障状态下部件的形变差异（如叶轮与泵壳的摩擦痕迹位置），指导员工精准定位根源。

重工业及特种装备设计与维护

针对重工业设备结构复杂、运维风险高的特性，将设备复杂的内部构造与外部形态完整映射至 HT 虚拟空间，结合多物理场仿真技术，可模拟设备在各类极端工况下的力学性能等变化，助力工程师优化设计、规避结构缺陷，提升装备使用效能。

动车轴

在图扑 HT 动车轴三维说明书中，能清晰展现其通孔贯穿结构，完整呈现轴颈、防尘板座、轮座、轴身、齿轮座等关键部位，以及探伤检测路径。

HT 场景内结合动车实际运行工况，模拟分析不同受力状态下的应力分布。该技术在设计端可优化轴颈配合公差，降低磨损；在制造端能指导探伤工艺路径规划；在运维端通过应力模拟预判疲劳寿命，辅助制定科学检修周期，为车轴设计、制造和维护提供有力数据支撑。

机械臂

数字孪生产线机械臂集成了工业控制、数据采集、物联网、低代码开发和虚拟仿真等技术的先进应用。图扑依托自研 HT 低代码数字孪生平台，构建生产线机械臂的高精度虚拟模型，既能实时映射物理机器人在生产线上的操作状态，又能控制机械臂运动状态，为虚实联动提供了强大而灵活的支持。

从工业生产线控制角度来看，紧急停止和异常监测两大功能确保生产过程的安全性和效率至关重要。通过实时监控和快速响应机制，在生产效率和安全性之间取得平衡。

飞机发动机

在航空发动机维护与研发领域，通过图扑 HT 还原拆解复位系统，帮助技术人员按标准检修流程，对压气机叶片、涡轮组件等核心部件进行分步拆解与装配模拟。系统支持任意角度的发动机剖面展示，能清晰呈现发动机任意角度的剖面结构，使原本隐藏在内部的油路、气路以及精密的机械部件立体化呈现。为研究人员、工程师以及教学人员提供了深入剖析发动机内部构造的绝佳视角。

在气动性能研究方面，系统可复现发动机从起飞加速、巡航稳定到着陆减速等典型工况下的气流动力学特性。通过数值模拟与可视化呈现，精确展示气流流速分布、压力梯度变化及部件扰流影响，为气动优化设计提供可视化分析依据。

采煤机

采煤机三维说明书对各部件进行详细展示与原理解析：

截割部：动态交互演示滚筒结构、截齿排列及更换流程；

行走机构：可视化呈现电机、减速器、履带链传动装置的协同运作机制；

液压系统：解析油泵、油缸、控制阀的功能逻辑与操作方法；

电气系统：展示电控柜内部布局，追踪传感器信号传输路径与控制指令执行流程。

……

系统可按预设流程逐步演示部件拆卸过程，为维修提供操作指导。同时，系统能实时采集并可视化关键运行参数（截割速度、牵引速度、电机电流、液压压力），实时反馈设备健康状态，支撑预测性维护决策。

在工业制造智能化进程中，图扑软件数字孪生与数据可视化技术如同连接虚实世界的桥梁。它凭借三维建模、动态拆解与实时数据融合能力，不仅复现了设备结构与运行逻辑，更通过“数据驱动决策”的闭环，沿着自动化→数字化→智能化的演进轨迹，工业制造正从“被动响应”迈向“主动预测”的全新时代。

如今，交互式三维说明书正替代静态图文文档，虚拟空间的设备预知维护与全流程优化已成现实。随着数字孪生与 5G、AI、边缘计算的深度融合，图扑将持续赋能更多企业在虚实交融的时代解锁效率与创新的潜力，使每一台设备成为智慧工厂跃动的“数字神经元”。

审核编辑 黄宇