CN106295081A - 柔性制造系统决策仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动技术领域和计算机技术领域，具体是提供一种柔性制造系统决策仿真系统。目前、柔性制造系统的设计规划从决策至设备到位，相关的多方均处于点对点解决问题的文件类操作过程，没有一个可视化、互动操作的推演过程，针对上述问题，本发明提供一种功能完善、交互性好、实用性强的，基于虚拟现实技术的柔性制造系统决策仿真系统，即是将应用机器人的自动化生产系统内的，以工件相关联的，由传输系统联系起来的生产设备、物流设备、储存装置等设备，以全景动态图的形式，虚拟显现在决策者的面前，同时、就提高所述系统的可靠性和产能、应变柔性等可持续发展的方面，做出科学的评估，使之成为具有可持续发展潜能的柔性制造系统。

Description

柔性制造系统决策仿真系统

技术领域

本发明涉及自动化技术领域和计算机技术领域，具体是提供一种柔性制造系统决策仿真系统。

背景技术

当前、制造业生产自动化的发展方向是应用机器人的柔性制造系统，在柔性制造系统中，工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗。

虚拟现实技术是近年来在计算机技术领域引起广泛关注的技术，三维建模技术是虚拟现实中最重要的技术领域，是整个虚拟现实系统建立的基础；随着科学技术的不断发展，虚拟现实技术与机器人技术的有机结合，已成为极具发展潜力和应用前景的研究方向之一，虚拟现实技术是新一代人机交互系统中的关键技术，用户通过计算机技术生成一个虚拟仿真环境，既可节省大量的建造物理仿真环境的经费，也可以方便地修正仿真环境的物理参数。

当前，应用机器人的柔性制造系统设计从立项、决策至设备到位，相关的多方均处于点对点解决问题的文件类操作过程，没有一个可视化、互动操作的推演过程，因而、所形成的应用机器人的柔性制造系统，其性能方面需在生产中不断调整完善，而在功能的冗余拓展方面，受到系统设计时所考虑的产品族类的限制，随时面临着，是否能在很短的开发周期内生产出较低成本、较高质量的、不同品种产品的能力的问题，即决定了该柔性制造系统的生存能力和竞争能力。

发明内容

本发明针对现有的柔性制造系统，在立项、决策和建设过程中所存在的上述问题，提供一种功能完善、交互性好、实用性强的，基于虚拟现实技术的柔性制造系统决策仿真系统。

本发明所述的系统即是将一个应用机器人的自动化生产系统内的，以工件相关联的，由一个传输系统联系起来的生产设备、物流设备、储存装置等设备，以全景、立体动态展示的形式，虚拟仿真显现在决策者的面前，同时、就提高系统的可靠性和产能、技术装备的可持续发展等方面，做出科学、系统的评估使之成为具有可持续发展潜能的柔性制造系统。

本发明要解决的技术问题

本发明需在一种具有人机界面的、由计算机实现的虚拟现实系统平台上，设置可视化、互动操作的，具有创作和评估功能的作业程序系统，并输出动态的模拟仿真结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是

应用在一台高配置组网计算机上的虚拟现实的系统平台，具有人机交互界面，用以创作和验证、评估一个柔性制造系统的虚拟设置方案，所述的虚拟现实的系统平台的程序架构，设置有相互关联的功能模块；各功能模块所对应的、因对象而特异性的可视性图标成为关联其他模块和窗口的链接联动按钮；以可视性图标创造的、应用机器人的柔性制造系统的设备设置组合、可依所处窗口的从属关系，上下或平行联动；与创作一个柔性制造系统的虚拟设置方案设备设置组合相关的创作功能界面，包括有对象管理、调试和相关的信息、索引自动同步生成的模块等，涉及对象选型并创作一个虚拟的柔性制造系统；与优化一个柔性制造系统的虚拟设置方案设备设置组合相关的验证评估功能界面，包括有嵌入窗口的、应用第三方软件的统计、分析模块等，涉及参数匹配、节拍衔接、作业干涉、冗余拓展等验证操作，用以实时修正、完善所创作的对象；与报告一个柔性制造系统的虚拟设置方案设备设置组合相关的报告生成功能界面，包含有三维实体建模和运动学仿真模块及动画演示模块等，涉及将通过验证评估的、多套的、一个柔性制造系统的虚拟设置方案，生成动态的三维预演场景以供决策层选择；某些功能模块因本发明所述系统升级和二次开发而设置；所述的虚拟现实之平台的资源可以远程共享。

具体的：对象的可视性图标可链接到工件的三维建模和生产工艺文件的子窗口上；上述工件的生产工艺文件的子窗口可链接到相关联的生产设备的可视性图标上；上述生产设备的可视性图标可链接到数据库中、可供选型的同种属生产设备的具体描述信息上；所涉及的、可供选型的生产设备、以其基本功能和要素，自动生成仿真生产设备的具体描述信息和索引；仿真生产设备的具体描述信息和索引包括其同种属设备的具体描述信息和索引，其信息可来自于第三方并实时更新。

具体的：对象的可视性图标可链接到物流设备、储存装置及其他相关联设置设备的三维建模的子窗口上；上述物流设备、储存装置及其他相关联设置设备的功能特性和工艺特性的子窗口可链接到相关联设备的可视性图标上；上述相关联设备的可视性图标可链接到数据库中、可供选型的同种属设备设置的具体描述信息和索引上；所涉及的、可供选型的设备、以其基本功能和要素，自动生成仿真设备的具体描述信息和索引；仿真设备的具体描述信息和索引包括其同种属设备的具体描述信息和索引，其信息可来自于第三方并实时更新。

具体的：以对象可视性图标所链接关联的创作功能界面的程序进程，可完成静态的，应用机器人的柔性制造系统内设备的布局规划、搭建创作；以对象的可视性图标所链接关联的功能验证评估界面的程序进程，可完成应用机器人的柔性制造系统内设备间的，涉及参数匹配、节拍衔接、作业干涉、冗余拓展等动态的验证操作。

具体的：以对象可视性图标所链接关联的程序进程中，同一时序的、针对同一对象的链接关联所关联的对象信息同步联动，并可追溯、注释。

所述的功能模块中某些模块是针对拓展本发明所述系统的功能和二次开发而设置，其功能并不能具体体现在本发明所述系统的本实用例上，本发明所述系统应用上述的某些功能模块，拓展本发明所述系统的功能、将本发明所述系统二次开发升级为一个柔性制造系统仿真系统，其功能是关联了一个柔性制造系统中所有设备的控制器和传感器，使得本发明所述系统升级为闭环模拟运行一个柔性制造系统的虚拟现实系统，具有实时监控和调度一个柔性制造系统的功能。

应用本发明所述系统的框架、并应用所述某些功能模块而二次开发的应用功能，应视为本发明所述系统所包含的内容。

有益效果

由于采用了虚拟现实的技术，使得一个应用机器人的柔性制造系统的决策过程，能够在多方参与下，在满足现实达标、未来调整、冗余拓展等目标的前提下，高效地完成应用机器人的柔性制造系统的设置和设备选型，并可提高系统的可靠性和产能、技术、拓展储备，避免了二次修正的问题。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明进一步说明

本发明的实施例应用了组网的高配置计算机，未涉及具体的应用软件。

图 1 是本发明的一个实施例的模块设置图

图 2 是本发明的一个实施例的作业程序框架图。

在图 2 中1、创作功能作业程序 2、验证评估功能作业程序

3、创作生成功能作业程序。

在图 1 中 显示了本发明所述系统的一个实施例中的各功能模块的设置及从属关系，各功能模块的定义及依公知的模块的定义，在此不予再赘述；各功能模块的从属关系非定式不变；所述功能模块依不同从属关系和应用，可以重复设置并给予不同的定义；某些功能模块可跨平台运行。

本发明所述系统的一个实施例中的功能模块包括：用户操作模块和系统管理模块及其从属模块。

系统管理模块包括：数据库模块、服务器模块、设备管理模块、调试模拟模块、打印管理模块和图片管理模块等；

服务器模块包括：场地设备模块、制造设备模块、辅助设备模块、物流设备模块、检测设备模块等；

调试模拟模块包括：跨平台接口模块、调度接口模块、抓取参数模块、模拟登录模块等；

打印管理模块包括：3D打印管理模块；

设备管理模块包括：3D 模拟引擎模块、调试模块、显示模块、协调判断模块、调试数据存储模块等。

用户操作模块包括：控制选择模块、对象管理模块、系统生成模块等；

控制选择模块包括：远程操作模块、实时操作模块等；

对象管理模块包括：对象信息模块、图纸建模模块、3D建模模块、动画显示模块等；

系统生成模块包括：3D模型获取模块、电子图片获取模块、图纸获取模块等。

本发明还提供一种基于本发明所述系统的、一个实用例的应用方法：

依图 2 ，本发明一个实用例的作业程序框图所显示的、所述系统的作业程序框图由创作功能作业程序（1）、验证评估功能作业程序（2）、创作生成功能作业程序（3）三部分构成，其间的模块、窗口相互关联。

下述的、针对作业程序程序的执行过程的描述中：依…、进入…、调用…、获取…、形成…等替代词语，是本发明所述系统中与操作对象相关联的“以可视性图标为按钮，打开、链接到相关界面及进入相关窗口或子窗口”之类的操作描述用语的清晰、简要的替代词语；相关界面或窗口的应用模块可能是已在其他应用界面或窗口中打开，但是、为了体现叙述的连续性，描述表达中不会在此中断衔接。

完成调研、规划、预算的一个柔性制造系统的预案，应用本发明所述系统的创作功能作业程序（1）的功能及相关模块，实现待决策的一个柔性制造系统初步设计方案的创作，其作业程序如下：依所要形成生产对象的工件，调用数据库模块中描述所述工件的设计图纸、3D模型、工艺文件；依所述工艺文件，确定制造设备的类属，进入制造设备的选型界面，设置所需的制造设备的主要参数，用以确定初选制造设备的名称、型号；依所述制造设备的名称、型号，调用选数据库模块中描述所述设备的3D模型，并设置在场地的3D模型上的适当位置。

依所述工艺文件和所述初选制造设备的参数，确定初选检测设备的类属，进入检测设备的选型界面，设置所需的检测设备的主要参数，用以确定初选检测设备的名称、型号，依所述检测设备的名称、型号，调用选数据库模块中的描述所述设备的3D模型，并设置在场地的3D模型上的适当位置。

依所述工艺文件和所述初选制造设备、初选检测设备的参数，确定初选辅助设备的类属，进入辅助设备的选型界面，设置所需的辅助设备的主要参数，用以确定初选辅助设备的名称、型号，依所述辅助设备的名称、型号，调用选数据库模块中的描述所述设备的3D模型，并设置在场地的3D模型上的适当位置。

依所述工艺文件和所述初选制造设备、初选检测设备、初选辅助设备的参数，确定初选物流设备的类属，进入物流设备的选型界面，设置所需的物流设备的主要参数，用以确定初选物流设备的名称、型号，依所述物流设备的名称、型号，调用选数据库模块中的描述所述设备的3D模型，并设置在场地的3D模型上的适当位置。

依上述操作的设置完成后，进入场地管理模块，依数据库模块中的信息：所述工件的设计图纸、工艺文件；所述设备的参数；所执行的国家或行业标准体系；所规划的一个柔性制造系统的应用目的和前景等，构成场地管理模块各相关子窗口界面表达的设置所需的原则，依上述原则综合规划上述初选设备的场地初步设置，一个柔性制造系统的场地初步设置方案的变更、增减设备，均需重现上述的操作程序。

上述的操作程序，主体应用是图 1 所显示的系统管理模块，在图 2 所示的创作功能作业程序（1）框架中完成。

在完成上述操作程序后，实现了一个柔性制造系统的初步设计方案，即完成了静态的应用机器人的一个柔性制造系统内的设备的布局规划、搭建创作，随后即需转入涉及参数匹配、节拍衔接、作业干涉、冗余拓展等动态的验证、评估等操作程序。

应用本发明所述系统的验证评估功能作业程序（2）的功能及相关模块，实现一个完成原始创作的柔性制造系统初步设计方案的验证评估，其作业程序如下：进入所述的形成生产对象之工件的生产成本评估的程序界面，调入依数据库模块的、如下评估要素：所述的形成生产对象之工件的标准成本、达标生产率、达标合格率、产品周期等产品相关的评估要素；所述的柔性制造系统初步设计方案中，各初选设备的能耗、购置、仓储、安装、调试、运行、维护、折旧、人工等与设备相关的评估要素；所述的、完成调研、规划、预算的一个柔性制造系统的预案中，预算经费及收回成本的期望等评估要素；由本发明所述系统预留设置的、用户自定义和增设的、其他的、包括社会成本、不可预见因素的等评估指导要素，上述各项评估要素可选择性的、交叉、循环进行评估，所述的生产成本评估的程序界面链接到第三方专业评估软件上完成评估作业，评估作业能够自动显示评估进程、自动提示死循环的评估进程，并予以相关的提示、指导，未通过评估的结果将返回功能作业程序（1）的框架中重新修订；通过评估的生产成本评估结果由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

完成生产成本评估的程序进程、进入生产节拍匹配评估的程序进程，在节拍匹配评估的界面上，调入依数据库模块的、如下评估要素：所述的形成生产对象之工件的工艺文件、达标生产率、达标合格率等产品的评估要素；所述的柔性制造系统初步设计方案中，各初选设备的工作参数等设备的评估要素，所述的生产节拍匹配评估的程序界面链接到第三方专业评估软件上完成评估作业，评估过程能够自动显示评估进程，并予以相关的指导，未通过评估的结果将返回功能作业程序（1）的框架中重新修订；通过评估的生产成本评估结果由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

完成生产节拍匹配评估的程序进程、进入生产产能评估的程序进程，在产能评估的界面上，调入依数据库模块的、所述的柔性制造系统初步设计方案中，各初选设备的工作参数等设备的评估要素，依所述初选设备的工作参数，本发明所述系统提供应用第三方软件专业分析程序予以系统、专业的分析，未达到设定的期望生产产能指标的结果将返回功能作业程序（1）的框架中重新修订；达到设定的期望生产产能指标的结果，由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

完成生产产能评估的程序进程、进入设备储备评估的程序进程，在设备储备评估的界面上，调入依数据库模块的、所述的柔性制造系统初步设计方案中，各初选设备的工作参数等设备的评估要素，依所述初选设备的工作参数，本发明所述系统提供应用第三方软件的专业分析程序予以系统、专业的分析，未达到设定的期望设备储备指标的结果将返回功能作业程序（1）的框架中重新修订；达到设定的期望设备储备指标的结果，由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

完成设备储备评估的程序进程、进入功能拓展评估的程序进程，在功能拓展评估的界面上，调入依数据库模块的、所述的柔性制造系统初步设计方案中，各初选设备的工作参数等设备的评估要素，依所述初选设备的工作参数，本发明所述系统提供应用第三方软件的专业分析程序予以系统、专业的分析，未达到设定的期望功能拓展目的的结果将返回功能作业程序（1）的框架中重新修订；达到设定的期望功能拓展目的的结果，由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

完成功能拓展评估的程序进程、进入预算评估的程序进程，在预算评估的界面上，调入依数据库模块的、所述的柔性制造系统初步设计方案中，一个柔性制造系统的项目预算和多方的项目报价、各设备的报价及施工、调试、试运行、附备件报价等评估要素，依所述的评估要素中的价目，本发明所述系统自动生成统计、分析的结果，超出设定的期望预算的预算评估结果将返回功能作业程序（1）的框架中重新修订；在设定的期望预算的范围内的预算评估结果，由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

在完成上述操作程序后，实现了对一个柔性制造系统的初步设计方案的动态的验证、评估，其结果需转入涉及3D建模、动画显示、报告生成等操作程序，达到可视化、互动操作、推演的目的，以此提交给决策者。

应用本发明所述系统的创作生成功能作业程序（3）的功能及相关模块，实现一个完成创作的柔性制造系统设计方案的展示报告生成，其作业程序如下：进入3D建模的程序界面，将前节所述的一个柔性制造系统的场地设置方案的3D建模，依验证、评估结果所最后确定的设备名称、型号等设备的结构要素，替换所述的初步设置中的初选设备，构造成所述的一个柔性制造系统的场地全景的3D建模。

完成3D建模的程序进程、进入动画显示的程序进程，在动画显示的界面上，调用数据库模块，获取数据库中、上述的全景的3D建模中的各分子的3D建模或所述各分子对应的设备的结构参数，将其构建成动画显示所需的3D模型；依验证、评估结果所最后确定的设备参数等设备的功能要素和依所述的通过生产节拍评估的生产节拍参数，串联各分子设备、构建成3D的、动态的、闭环运行的、基于3D全景的一个柔性制造系统的设计方案的动画显示，并予以渲染，形成可提供给决策者的动态报告。

完成上述程序进程，即实现了依本发明所述系统创作的一个柔性制造系统的设计方案的目的，本发明所述系统自动存档并生成报表文件，提交给决策者，决策者或第三方可以实时决策干涉和远程决策干涉，否决的方案将返回本发明所述系统重新调整创作；通过的方案即成为一个柔性制造系统的最终设计方案。

Claims (10)

1.一种柔性制造系统决策仿真系统，是具有人机交互界面的、可应用在一台高配置组网计算机上的虚拟现实的系统平台，用以创作和验证、评估一个柔性制造系统的虚拟设置方案，所述的虚拟现实的系统平台的程序架构，设置有相互关联的功能模块；各功能模块所对应的、因对象而特异性的、可视性图标成为关联其他模块和窗口的链接联动按钮；以可视性图标创造的、应用机器人的柔性制造系统的设备设置组合、可依模块的从属关系，上下或平行联动；与创作一个柔性制造系统的虚拟设置方案设备设置组合相关的创作功能界面，包括有对象管理、调试和相关的信息、索引自动同步生成的模块等，涉及对象选型并据此创作一个虚拟的柔性制造系统；与优化一个柔性制造系统的虚拟设置方案设备设置组合相关的验证评估功能界面，包括有嵌入窗口的、应用第三方软件的统计、分析模块等，涉及参数匹配、节拍衔接、作业干涉、冗余拓展等验证操作，用以实时修正、完善所创作的对象；与报告一个柔性制造系统的虚拟设置方案设备设置组合相关的报告生成功能界面，包含有三维实体建模和运动学仿真模块及动画演示模块等，涉及将通过验证评估的、多套的、一个柔性制造系统的虚拟设置方案，生成动态的三维预演场景以供决策层选择；某些功能模块因本发明所述系统升级和二次开发而设置；所述的虚拟现实之平台的资源可以远程共享。

2.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：所述的程序架构中的功能模块包括系统管理模块和用户操作模块及其从属模块，系统管理模块包括：数据库模块、服务器模块、设备管理模块、调试模拟模块、打印管理模块和图片管理模块等；服务器模块包括：场地设备模块、制造设备模块、辅助设备模块、物流设备模块、检测设备模块等；调试模拟模块包括：跨平台接口模块、调度接口模块、抓取参数模块、模拟登录模块等；打印管理模块包括：3D打印管理模块；设备管理模块包括：3D 模拟引擎模块、调试模块、显示模块、协调判断模块、调试数据存储模块等，用户操作模块包括：控制选择模块、对象管理模块、系统生成模块等；控制选择模块包括：远程操作模块、实时操作模块等；对象管理模块包括：对象信息模块、图纸建模模块、3D建模模块、动画显示模块等；系统生成模块包括：3D模型获取模块、电子图片获取模块、图纸获取模块等，一些功能模块可跨平台运行。

3.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：所述的功能模块中某些模块是针对拓展本发明所述系统的功能和二次开发而设置，其功能并不能具体体现在本发明所述系统的该实用例上，本发明所述系统应用上述的某些功能模块，拓展本发明所述系统的功能、将本发明所述系统二次开发升级为一个柔性制造系统仿真系统，其功能是关联了一个柔性制造系统中所有设备的控制器和传感器，使得本发明所述系统升级为闭环模拟运行一个柔性制造系统的虚拟现实系统，具有实时监控和调度一个柔性制造系统的功能。

4.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：所述的程序架构中窗口的可执行的程序框架包括：创作功能作业程序、验证评估功能作业程序、创作生成功能作业程序等，依据所关联的数据库信息和所关联的软件，执行创作功能作业程序，可实现一个柔性制造系统的初步设计方案；执行验证评估功能作业程序，可实现对一个柔性制造系统的初步设计方案的验证、评估；执行创作生成功能作业程序，可实现一个柔性制造系统的场地全景的动态仿真的可视化、互动操作、推演的目的，即实现了一个柔性制造系统的设计方案。

5.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：对象的可视性图标可链接到与对象相关联的界面、窗口、模块和窗口的可执行程序上。

6.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：对象的仿真信息来源于与其相关联的数据库中的、针对对象的基本功能和要素的描述信息，其信息可来自于第三方并实时更新，所述的柔性制造系统决策仿真系统，自动生成仿真对象的具体描述信息和索引并予以仿真。

7.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：对象的可视性图标所链接关联的程序进程中，同一时序的、针对同一对象的链接关联所关联的对象信息同步联动变更，并可追溯、注释。

8.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：创作功能作业程序涉及制造设备、检测设备、辅助设备、物流设备等设备的选型及场地设置等操作程序，所依据的选型要素包括：形成生产对象之工件的设计图纸、3D模型、工艺文件、制造设备的类属、名称、型号和主要参数及3D模型、所执行的国家或行业标准体系、所规划的一个柔性制造系统的应用目的和前景等，创作功能作业程序在完成上述相关程序的操作后，可实现一个柔性制造系统的初步设计方案，即完成了静态的应用机器人的一个柔性制造系统内的设备的布局规划、搭建创作。

9.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：验证评估功能作业程序涉及成本评估、节拍匹配评估、产能评估、设备储备评估、功能拓展评估、预算评估等操作程序，所依据的评估要素包括：形成生产对象之工件的工艺文件、标准成本、达标生产率、达标合格率、产品周期等产品相关的评估要素；各初选设备的工作参数、能耗、购置、仓储、安装、调试、运行、维护、折旧、人工等与设备相关的评估要素；完成调研、规划、预算的一个柔性制造系统的预案中，预算经费、多方的项目报价及收回成本的期望等评估要素；由本发明所述系统预留设置的、用户自定义和增设的、其他的、包括社会成本、不可预见因素的等评估指导要素，上述各项评估要素可选择性的交叉、循环进行评估，所述的验证评估的程序界面可链接到第三方专业评估软件上完成评估作业，评估作业能够自动显示评估进程、自动提示死循环的评估进程，并予以相关的指导，未通过评估的结果将返回到创作功能作业程序中重新修订；通过评估的生产成本评估结果由本发明所述系统自动生成表单，并转入下段程序继续一个柔性制造系统的决策进程。

10.根据权利要求1所述的柔性制造系统决策仿真系统，其特征是：创作生成功能作业程序涉及3D建模、动画显示、报告生成等操作程序，依据所述的一个柔性制造系统的设计方案中所有对象的结构参数和功能参数，依所述的通过生产节拍评估的生产节拍参数，串联各功能对象分子、构建成3D的、动态的、闭环运行的、基于3D全景的一个柔性制造系统设计方案的动画显示，并予以渲染，形成可提供给决策者的动态报告，达到一个柔性制造系统的场地全景，动态仿真的可视化、互动操作、推演的目的。