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数字化制造系统3D可视化建模

一、概述

        数字化车间3D可视化建模的目的是为了能够达到数字化管理、结构化地展示生产加工制造阶段的各类信息内容,依照组织划分的原则、业务协同的规则、数据统计的规则、物料(能源)平衡的原则等一系列共性规则和约束,实现数字化车间透明化数字化管理,将生产加工制造信息内容与物理世界连接起来。

数字化三维场景的建模是数字化孪生系统建立的基础,主要包括三维视觉建模和三维听觉建模。其中,视觉建模主要包括几何建模(Geometric Modeling)、物理建模(Physical Modeling)、运动建模(Kinematic Modeling)、对象行为(Object Behavior)建模等。听觉建模通常只是把交互的声音响应增加到用户和对象的活动中。

1) 几何建模

几何建模是数字化孪生场景建模技术的基础。对象的几何建模是生成高质量视景图像的先决条件,它是用来描述对象内部固有的几何性质的抽象模型。

2) 物理建模

      物理建模是数字化孪生场景建模中比较高层次的建模。一般在涉及物体对象的物理特性变化时才得以应用。仿真对象的物理建模包括定义对象的质量、重量、惯性、表面纹理、光滑或粗糙、硬度、形状改变模式等等。这些特性与几何建模和运动建模结合起来,形成更真实的虚拟物理模型。

3) 运行建模

      在数字化孪生场景中,物体的特性涉及到位置改变、碰撞、缩放、表面变形等等。仅仅建立静态的三维几何体对数字化孪生场景来讲还是不够的。碰撞检测是数字化场景的一个重要技术,它在运动建模中经常使用。

4) 对象行为建模

      行为建模对物体的运动和行为进行描述。行为建模真正体现出了数字化孪生场景建模的自主性特性。还可以建立与用户输入无关的对象行为模型,这就是数字化孪生场景对象的自主性特性,简单地说是指动态实体的活动、变化以及与周围环境和其它动态实体之间的动态关系,除了对象运动和物理特性对用户行为直接反应的数学建模外。

二、应用场景

      随着仿真技术的推广应用,构建相应仿真模型的直观的三维展示场景是降低相关人员沟通成本的有效方式。传统的三维展示场景是基于固定的场景、固定的逻辑生成的,更多关注的是场景的全景展示,不具备数据驱动的特征。

      通过系统的实施、形成可与Witness仿真模型进行实时数据交互的三维展示场景。如仿真模型中更改了产品生产的工序流程、以仿真模型产生的数据来驱动三维展示场景的更新,三维展示场景也相应进行更新。

      通过Witness的数据接口。把二维工艺流程仿真的各类坐标与设备状态写出到数据库,之后二维仿真再进行计算,之后由Unity进行读取并更新三维展示场景,按照给定的频率,如此反复直到用户停止仿真或者仿真结束。这样即实现了Witness仿真与Unity构建的3D场景之间的动态交互。除此之外、对各个厂房的关键指标进行图形化展示,这些关键指标也可进行联动,可以在3维场景构建过程中,基于Unity平台的开发灵活特性,随着仿真的运行。

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