基于虚拟工厂规划仿真关键技术探究

基于虚拟工厂规划仿真关键技术探究

张婷郑伟

（西安西电电气研究院有限责任公司陕西西安710075）

摘要：本文简略介绍了虚拟工厂系统，描述了虚拟流水线的建立的过程，并分析了虚拟流水线仿真的反馈数据。设计者们可以应用这些数据指导流水线的建设。这种流水线建立的方法不但可以很好的模拟真实流水线的功能，而且大大简化建立流水线的操作，达到了简化系统的目的。

关键词：虚拟工厂；规划仿真；虚拟流水线

1虚拟工厂规划仿真系统的目标

系统仿真的目标是实现对虚拟工厂中各个生产、物流和加工等逻辑过程进行实时地可交互地三维仿真。对于很多国外仿真软件来说，它们虽然在仿真功能上比较完善、仿真精度比较高，但仿真效果不够直观，仿真过程比较复杂，最主要的是几乎没有实时地可交互性，不易于普通用户使用与接受。本系统为系统仿真提供比较简洁的仿真环境，并且采用虚拟现实技术，使得仿真过程更加形象易懂，仿真效果也更加直观，用户可以实时地修改仿真对象，使仿真过程实时更新。如图1所示，整个系统仿真是一个交互式三维仿真过程，主要由仿真界面和属性编辑器来显示与控制。

2.2逻辑规则

逻辑规则描述的是如何用三维模型构建虚拟流水线并使流水线运行的方法。本文将构建流水线的方法概括为三个方面：模型对象、离散事件驱动、流水线的组织。这三个方面共同组成了虚拟流水线。在虚拟场景中，每个三维模型对应一个实际的物体，这些模型负责履行相应的职责，使虚拟流水线模拟实体流水线的功能。从面向对象的思维出发，可以认为虚拟场景中的每个模型对象都属于一个“对象类”，所有的“对象类”都有一个很重要的属性叫“节点类”，“节点类”派生于共同的基类，维护一些共同的属性，如包围盒线框、模型朝向、模型大小、“对象类”的地址指针等属性。引入“节点类”的意义在于可以用它们组成场景图，场景图是一种高效的场景管理方式。系统中定义了一个“对象管理器”和“对象列表”。“对象管理器”是由很多规则组成的类，负责对每个列表的触发事件进行处理。“对象列表”根据对象功能的不同将场景中的对象分为七大列表，场景中所有的对象模型都有自己所属的列表。所有的对象进行事件处理是通过“对象管理器”访问对象列表来实现的。以工人对象为例，当在场景中加入工人模型的时候，“工人类”中的“工人节点”就挂在场景图中，并且压入“工人列表”。在渲染图像前，“对象管理器”对“工人列表”进行访问。在“工人节点”的属性中可以得到工人此时的位置以及状态，如果此时工人在行走过程中碰到了障碍物，那么“对象管理器”就让工人停止运动。如图3所示。

3结果分析

仿真结果如图4所示，流水线上的每个设备都以表格的形式列出：“设备名称”、“生产节拍”、“空闲节拍”、“前驱设备标号”，其中“生产节拍”表示设备的固有生产节拍，“空闲节拍”等于“流水线节拍”减去设备固有“生产节拍”，从“空闲节拍”可以发现流水线的瓶颈所在，“空闲节拍”小的设备是流水线的瓶颈。“设备前驱标号”指向它的前驱设备，表明流水线的拓扑关系。图4的下方是流水线的数据分析，“产品数量”表示流水线预期生产产品的数量。通过流水线仿真，我们可以得到的反馈数据有：“流水线的生产节拍”，它等于最大的设备“生产节拍”；“总生产时间”，它是预期的工作时间，“已经花费时间”表示从流水线开始仿真到现在所花费的时间，“生产产品数量”表示到目前为止生产产品的数量，“流水线的平衡率”是反应流水线负载平衡的指标，通常数值越大越合理，“发生碰撞的次数”表明车辆、工人在仿真时候发生碰撞的次数，它们都是设计者所关心的信息。

参考文献：

[1]王念东、刘毅、李文正.面向装配工序交叉的虚拟装配工艺信息模型[J].计算机辅助设计与图形学报，2009（9）.白俊杰.虚拟单元制造车间的规划与调度关键技术研究[J].机械电子工程，2010.