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3d虚拟仿真实习工厂的设计与实现

发布时间:2023-02-28

编辑人:灵图互动

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随着智能制造的发展,传统实践教学模式需要向着自动化、智能化的方向革新,面向智能制造的智慧工厂实践教学平台、自动化生产实训室建设方略,为新工科人才培养提供了良好的实践支撑。虚拟现实技术具有实时性、沉浸性、交互性、构想性等特征。作为虚拟现实技术的应用方向,虚拟制造有着广阔的应用前景。虚拟煤巷掘进工作面综合实验系统构建方案,解决了煤矿业无法现场教学及模拟测试的问题。虚拟船舶制造系统,提高了大型结构物制造教学效率。而对于装配工厂的实习需求,也可以借助虚拟现实技术搭建制造工厂虚拟环境,实现低成本短周期的工业制造虚拟实践教学,为扩展学生视野和实践教学活动提供新的途径。

3d虚拟仿真实习工厂需要模拟智能装配工厂的制造过程,反映工厂实际生产过程中设备布局、生产环境及工作流程,开发虚拟现实技术应用到实践教学的方法和方式。系统包括理论知识、设备模型、虚拟实践操作、师生交流及培训结果测试五方面内容,解决了传统教学展示手段单一、实践环境不足的问题,通过理论学习和虚拟仿真了解并操作工厂生产过程。

 

3d虚拟仿真实习工厂组成

3d虚拟仿真实习工厂的理论模块介绍现代制造技术及智能工厂背景知识,训练的目的及意义等。模型库包括典型的工业设备及系统,如工业机器人、加工工具、物流等,可以对模型进行拆解组装及简单的运动控制,更好地让学习者了解设备内部结构及工作原理。实践模块是系统的核心模块,以交互动画的方式完全模拟工厂生产设备的运行情况和产品制造过程,达到虚拟生产过程训练目的。互动模块通过多人协同功能将多人置于同一场景中,以实现多人的协同生产训练。测试模块以试题的形式检查学习者的学习效果,获取反馈信息并进行系统的改进和升级。

3d虚拟仿真实习工厂主要执行组装作业,根据实际生产方式构建不同业务功能子模块,包括原料仓储系统、物流系统、生产与控制系统、产品检测系统、成品打包仓储五个模块,将原料供应、生产管理、生产物流、成品检测与仓储等工厂常见业务功能结合起来,构建接近实际的虚拟工厂生产环境。整体功能布局采用环形布局,可以使AGV系统循环运转,连通各工位加工过程。

根据实际工厂生产线工作流程,尽量还原真实系统的工作流程及设备工作情况,对各工位设备动作细节及自动导引运输系统的运动进行规划,设计对应操作的触发和执行逻辑。

 

3d虚拟仿真实习工厂实训模块

3d虚拟仿真实习工厂的场景设计是建立虚拟场景的第一步,为了更好地表现3d虚拟仿真实习工厂的布局及运行状况,尽量依据真实工厂车间结构测绘建模,还原机电系统布局,以便在动作设计及交互触发编辑时更接近实际运行情况。建立厂房模型,将3d虚拟仿真实习工厂分为制造区和教学区两部分,制造区布置生产设备,进行虚拟制造仿真;教学区进行理论教学。建立各工位设备及产品模型并导入开发软件,按照规划进行布局。对于每一个工位设备结构、机器人、物流系统等重要节点,尽量按照设备结构进行建模,还原系统结构及细节特征,以便在动作设计中更好地反映其运行状态。学习者通过空间漫游在指定位置完成相应理论和实践学习内容。

3d虚拟仿真实习工厂的模型导入后,会以节点形式显示在场景管理器中。对于需要运动的模型节点,根据需要调整各节点运动坐标系位置及父子关系,以便于进行动作设计。学习者完成所有理论与实践内容学习后,进行相应测试检查学习效果,如果测试不合格,可以重新进行相关内容的学习和实践操作。

3d虚拟仿真实习工厂虚拟制造的设计是系统的核心和难点。本系统使用关键帧动画技术,针对组装过程动作进行编辑,还原组装过程设备运转状况,方便学习者学习了解工厂布局结构及生产方式。

 

3d虚拟仿真实习工厂虚拟制造模块

交互性是3d虚拟仿真实习工厂的重要特征之一,3d虚拟仿真实习工厂的重点即在于营造友好的交互性,提高用户的参与感。通过各工位动画设计和交互设计来实现虚拟制造的生产演示。物流系统和工业机器人系统是现代工业生产的重要组成部分,需要针对性的设计交互逻辑模拟实际生产过程的设置和工作状态,使学习者能更好地理解现代机械制造的生产特点。

3d虚拟仿真实习工厂为了能够反复执行各工位动作,提高系统的训练效果,设计各工位物理节点相对独立,每个工位均布置一辆AGV及相应装配组件,完成本工位操作后,AGV移动到下一工位初始位置,复位本工位节点状态并触发下一工位运输车的显示,以此来满足连续加工的效果。

3d虚拟仿真实习工厂可以使学习者在场景中可以较清晰的学习智能制造工厂的布局结构及生产情况,并能够在系统的引导下完成生产过程的交互操作。学习者不受现实设备及空间条件限制,以人机交互的形式进行虚拟实践操作,很好地模拟了现代化工厂的生产流程和技术,具有一定的工程实践意义。相对于工业仿真软件,学习者的使用及引导难度更低,系统开发周期短,运维成本较低,扩展性强,对高校教学和企业培训有着较好的辅助作用。


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