Optima 整线数字孪生技术拆解：Unity 三维模型与虚拟控制器用于虚拟调试

2026-10-22 ｜ 制药 AI 现场观察 ｜ 主体材料：Optima 官网博客（2026-10-21），作者 Nicholas Schloer-Müller（OPTIMA pharma 数字孪生团队负责人）

图：制药整线系统的数字孪生三维模型，实体系统与虚拟系统并排呈现（图源：optima-packaging.com）

摘要

1. Optima 在制药整线（turnkey）项目中用数字孪生做虚拟验证：Unity 引擎建三维运动学模型，虚拟控制器直接运行与实体线相同的 PLC 程序，仿真接口模拟传感器、执行器与通信接口。

2. 控制软件先在虚拟环境里测完再移交实体设备，现场调试改动量随之下降；HMI/SCADA 用与实体线一致的复制品，操作员培训和确认活动可以不再占用实体机器时间。

3. 应用对象包括灌装模块、隔离器与冻干系统。原文为厂商一手方法陈述，未披露具体项目名称与量化收益数据。

制药整线交钥匙项目的要求近几年持续抬升。严格的法规与质量标准、不断增长的产品多样性、紧张的交付时间，都在推动整线系统变得愈发复杂。从工程设计、软件开发到调试，每个项目阶段都需要紧密协同与精确规划。为了让风险在早期暴露、把工期守住，数字工具的分量越来越重。Optima 给出的答案是数字孪生：在物理装配开始之前，先把整条系统在虚拟世界里跑起来。

一、复杂度上升之后，老办法失灵了

在许多制药整线项目中，功能、流程与控制逻辑的验证仍然主要在物理系统上完成。大型整线里有一个反复出现的模式：优化空间和调整需求往往要等系统安装到位之后才显现出来。项目晚期的变更时间压力极大，需要额外资源投入，并且经常引发工程、软件开发与调试团队之间的新一轮协调。

另一层约束在机器时间上。测试、验收（acceptance）和操作员培训通常都要在具备生产条件的设备上进行，这些活动需要专用的机时，直接挤占系统可用率。系统越复杂，单个环节延误传导到整个项目进度的风险就越大。

二、虚拟端到端系统怎么搭

Optima 的做法是在物理装配开始前，为整线系统建立一个可运行的虚拟镜像。四个组成部分各司其职：

由此形成一个完整的虚拟测试环境，控制系统、软件与机器行为之间的交互都可以在其中验证。在这个基础上，软件测试可以大幅前移，现场调试阶段的修改需求显著减少。固件更新和功能扩展也能先在虚拟环境中验证、再上实体系统，把生产中断压到最低。

HMI/SCADA 这一层值得单独说。数字孪生使用与实体整线完全一致的副本，运行与工艺流程可以在接近真实的条件下演练，因此这套环境天然适合操作员培训和资质确认。设计层面的修改也会更早显形，在部件制造或测试台架搭建之前就能看到问题。

三、用在哪里，换来什么

在整个项目生命周期中，数字孪生承担的角色是让开发与调试活动得到早期验证：技术风险更早可见，实体设备上的迭代次数明显减少。对整线项目而言，这意味着更高的项目透明度，以及更可靠的进度与资源计划基础。

Optima 把数字孪生用在要求苛刻的制药整线项目上，为关键系统组件建立虚拟呈现，包括灌装模块、隔离器与冻干系统。控制软件提前测试，之后以最小修改量移植到实体设备。结果是调试时间缩短、计划确定性提高，系统投运后期的改造工作量也随之下降。

文章作者

Nicholas Schloer-Müller，OPTIMA pharma 数字孪生团队负责人（Team Leader Digital Twin）。本文 2026-10-21 发布于 Optima 官网 Newsroom 博客。

Optima 是总部位于德国施瓦本海姆（Schwäbisch Hall）的药品与包装设备制造商，整线（turnkey）业务覆盖固体、液体与无菌制剂生产系统。

图：文章作者 Nicholas Schloer-Müller（图源：optima-packaging.com）

资料来源：Optima 官网博客《Digital twins for turnkey projects: How virtual systems shorten project timelines》，2026-10-21 发布，作者 Nicholas Schloer-Müller，https://www.optima-packaging.com/en/newsroom/blog/digital-twins-for-turnkey-projects-how-virtual-systems-shorten-project-timelines 。本文为该文中文编译，配图取自原文页面。