随着中国制造2025的日益迈进,机电设备也逐渐向网络化,智能化的方向发展。但是针对小型制造系统或单机的数字孪生,并没有成熟的解决方案,企业级的系统过于庞大,学习和购买成本都比较高。同时,许多高校和职业学校开设的机电设备实验教学课程中,存在着学生无法深度参与和操作相关实验设备的问题,再由于疫情的影响,很多实验课也无法在现场进行。为了提升实验教学的效果,解决远程实验的种种问题,本文采用云服务器搭建C/S架构系统和前端三维模型展示等相关技术手段,设计并实现了基于Web端的数字孪生机电设备实验平台。本文的主要工作包括以下几个部分:首先设计了由带网络通讯功能的机电设备,数字孪生云服务器和Web虚拟场景终端三个部分组成的Web架构数字孪生机电实验平台的体系架构。带有网络通讯功能的机电设备,如机械手,小型铣床等,是系统的物理实体单元,通过网络连接数字孪生云服务器,接收用户通过Web虚拟场景发送的G代码加工指令或运动指令,完成机械手抓取和小铣床加工等功能。数字孪生云服务器中采用生产者/消费者模型,Web Socket协议取代HTTP协议,进行数据的稳定传输,Redis数据库进行数据缓存,My SQL数据库实现持久化存储,选择Web RTC直播技术进行音视频数据的传输。Web虚拟场景终端采用前端主流框架React进行开发,使用组件化的单页面应用程序方式实现了机电实验三维场景与二维控件的展示。其次,本文提出了一种轻量化的XML数据传输协议来实现物理实体和数字孪生虚体中的多台设备的协同工作,完成外形,结构,位姿和运行状态等多维度的映射,使得实验平台可以对不同机电设备的数据源具有更好的兼容性。该协议既支持基于工业现场总线设备的数据接入,也支持机电设备通过网络接口直接数据传输,具有通用型好,易于快速学习理解,便于扩展等优势。此外,为了使Web终端具有更好的扩展性和复用性,在Web端通过引入React前端主流框架来实现组件化开发的方式,设计了包含用户功能组件,设备功能组件和数字孪生组件等,针对不同用户设计出不同的权限内容。数字孪生组件中采用Web GL技术和拖拽式的交互方式完成对机电设备数字虚体的整体快速搭建,提出制造单元的虚拟装配和机电设备的虚拟配合的数字孪生实验实现方案,优化了实验过程中零件的碰撞检测,设计出射线检测的解决方案。最后,设计并实现了数字孪生机电实验平台的实验方法,通过单台机电设备的数字孪生实验和小型生产线加工数字孪生实验证明了数字孪生实验平台的多机电设备兼容性、XML协议的通用性和Web端组件的可复用性。