CN110335515B - 一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，包括：MOM(Manufacturing Operations Management，制造运行管理)系统和场景虚拟仿真系统；MOM系统接收用户发送的控制命令，根据该控制命令向场景虚拟仿真系统发送生产命令或响应命令；场景虚拟仿真系统根据生产命令或管理命令模拟制造工厂运作的场景，接收用户在制造工厂的各个工位的操作指令，将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给MOM系统。通过将MOM系统和虚拟仿真技术相结合，MOM系统和虚拟仿真的制造工厂可以实时进行信息交互，MOM系统下发生产计划和管理计划到虚拟仿真的制造工厂，不同用户可以在不同的工位进行操作，使得在教学过程中，学员能够更快、更直接的理解真实智能制造工厂情况，进而理解课本中的理论知识。
Description
技术领域
本发明涉及仿真教学领域，具体涉及一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统。
背景技术
虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，目前智能制造虚拟仿真教学系统多集中在设备仿真、工艺流程仿真、装配仿真、工厂仿真等。而真实的制造工厂环境是一个包含了人、机、料、法、环五大要素的多人多机器多系统的复杂协同系统。因此现有技术中的虚拟仿真系统的问题和缺点包括：
1.缺少协同交互方式，即每个人与系统单独进行交互，不会受另外一个人员的操作影响。在整个制造工厂中，每个人都只是这个工厂中的一部分，如果没有协同交互方式，就很难模拟一个团队工作方式，也就无法达到真实认知的教学目的。
2.只重视人与机器的交互，缺乏管理业务交互，智能制造工厂虽然利用了先进的硬件、软件技术，但是同时也需要一个完善先进的业务管理系统。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，解决现有技术中仿真教学系统缺少协同交互方式的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，所述教学系统包括：MOM系统和场景虚拟仿真系统；
所述MOM系统接收用户发送的控制命令，根据所述控制命令向所述场景虚拟仿真系统发送生产命令或响应命令；
所述场景虚拟仿真系统根据所述生产命令模拟制造工厂运作的场景，接收所述用户在制造工厂的各个工位的操作指令，将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给所述MOM系统。
本发明的有益效果是：通过将MOM系统和虚拟仿真技术相结合，将制造工厂的实际运作情况虚拟仿真出来，并且MOM系统和虚拟仿真的制造工厂可以实时进行信息交互，MOM系统下发生产计划和管理计划到虚拟仿真的制造工厂，不同用户可以在不同的工位进行操作，而虚拟仿真的制造工厂将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给MOM系统，从管理方法、多人协同和智能制造工厂仿真等多角度更加真实的模拟制造工厂，使得在教学过程中，学员能够更快、更直接的理解真实智能制造工厂情况，进而理解课本中的理论知识。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述教学系统包括用户交互显示单元；
所述用户交互显示单元包括操作单元和显示单元，所述操作单元接收所述用户输入的各种命令，显示单元向所述用户显示所述场景虚拟仿真系统模拟的场景图像以及制造工厂运作情况信息。
所述操作单元和显示单元的结构为一体形式或者两个部件的形式；
所述用户交互显示单元包括：电脑、手机、PDA触控显示屏或视频投影端。
所述教学系统包括身份识别单元；
所述身份识别单元根据所述用户输入的登陆信息对应的身份等级，确定当前所述用户的操作权限和显示权限。
所述用户包括管理人员；所述管理人员包括总管理人员、生产调度人员和物料管理员；
所述MOM系统接收的所述用户输入的所述控制命令包括：
所述总管理人员输入的生产计划、所述生产调度人员根据所述生产计划输入的生产安排计划和生产物料需求汇总的信息以及所述物料管理员根据所述生产物料需求汇总的信息输入的物料出库命令。
所述生产命令包括所述生产安排计划和所述物料出库命令；
所述场景虚拟仿真系统收到所述生产命令时，所述场景虚拟仿真系统中的立体仓库根据物料出库命令自动出库物料，配送到对应的生产线；
所述物料到达所述生产线后，所述场景虚拟仿真系统根据所述生产安排计划确定所述生产线上各个工位的工作内容。
所述用户包括操作人员；所述操作人员包括操作工和质检人员；
接收所述用户在制造工厂的各个工位的所述操作指令包括：所述操作工输入的开机指令和操作设备指令以及所述质检人员输入的质检合格与否指令。
所述场景虚拟仿真系统发送给所述MOM系统的异常报告信息包括：所述操作工在对应工位上输入的物料异常和工艺异常信息。
所述场景虚拟仿真系统发送给所述MOM系统的异常报告信息包括：所述生产线上设备和刀具产生异常时自动进行异常提报的设备故障异常和刀具故障异常信息。
所述MOM系统收到所述异常报告信息，接收对应的用户输入的操作信息响应并处理所述异常报告信息后，所述MOM系统发送所述响应命令至所述场景虚拟仿真系统。
所述制造工厂运作情况信息在所述显示单元进行实时显示，包括：质量状况信息、物料情况信息、设备运行状况信息、生产订单信息、车间WIP状况、刀具使用情况、仿真工厂和异常综合信息。
采用上述进一步方案的有益效果是：MOM系统可以对场景虚拟仿真系统进行数据驱动，场景虚拟仿真系统也可以向MOM系统反馈执行结果。MOM系统主要提供了包括计划管理、执行管理、仓库管理、物流配送管理、设备管理、刀具管理、质量管理、异常管理、条码管理及移动APP端等业务管理系统，人员可以通过操作MOM系统,驱动场景虚拟仿真系统。场景虚拟仿真系统则主要提供虚拟的制造工厂及工厂内的所有设备、工装、物料等虚拟制造展示交互环境，人员可以通过拖动、点击和查看等方式进行交互，并将数据反馈给MOM系统，根据虚拟仿真的制造工厂的生产命令实时执行情况，在显示单元进行实时显示，能够使该教学系统的使用者实时的了解智能制造工厂的运行状态。教学仿真提供了数据管理员、计划员、调度员、班组长、操作者、质检员、设备维修、刀具管理员、车间领导等角色。支持多人员多角色同时在线操作MOM与仿真系统，实现多人协同管理操作制造工厂。可以提供多种平台的交互方式，使得操作者更加真实的感受真实环境中的操作方式，多个用户可以通过移动端、PC端等多种形式登陆MOM系统，对MOM系统和场景虚拟仿真系统进行操作，同时MOM系统和场景虚拟仿真系统可以向用户进行数据展示，多个用户都对MOM系统与仿真系统进行操作相互之间产生协同影响。
附图说明
图1为本发明本发明实施例提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的结构框图；
图2为本发明提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的实施例的整体业务流程图；
图3为本发明提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的实施例中显示单元显示内容图；
图4为本发明实施例提供的一种场景虚拟仿真系统虚拟仿真的制造工厂的产线设计图；
图5为本发明实施例提供的一种场景虚拟仿真系统虚拟仿真的智能制造工厂的场景图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，由图1可知，本发明实施例提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，包括：MOM(ManufacturingOperations Management，制造运行管理)系统和场景虚拟仿真系统。
该MOM系统接收用户发送的控制命令，根据该控制命令向场景虚拟仿真系统发送生产命令或响应命令。
场景虚拟仿真系统根据生产命令模拟制造工厂运作的场景，接收用户在制造工厂的各个工位的操作指令，将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给MOM系统。
本发明实施例提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，通过将MOM系统和虚拟仿真技术相结合，将制造工厂的实际运作情况虚拟仿真出来，并且MOM系统和虚拟仿真的制造工厂可以实时进行信息交互，MOM系统下发生产计划和管理计划到虚拟仿真的制造工厂，不同用户可以在不同的工位进行操作，而虚拟仿真的制造工厂将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给MOM系统，从管理方法、多人协同和智能制造工厂仿真等多角度更加真实的模拟制造工厂，使得在教学过程中，学员能够更快、更直接的理解真实智能制造工厂情况，进而理解课本中的理论知识。
实施例1
本发明实施例1为本发明提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的实施例，如图2所示为本发明提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的实施例的整体业务流程图，该实施例中，沉浸式协同交互虚拟仿真系统包括MOM系统、场景虚拟仿真系统、用户交互显示单元和身份识别单元。
用户交互显示单元包括操作单元和显示单元，操作单元接收用户输入的各种命令，显示单元向用户显示场景虚拟仿真系统模拟的场景图像以及制造工厂运作情况信息。
本发明实施例提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，可以提供多种平台的交互方式，使得操作者更加真实的感受真实环境中的操作方式，该操作单元和显示单元可以为以一体形式存在的移动端和PC端，例如一体式电脑、手机、PDA(Personal DigitalAssistant，掌上电脑)和触控显示屏等，也可以以两个部件的形式存在，例如显示屏或视频投影端和操作键盘等。
身份识别单元根据用户通过用户交互显示单元输入的登陆信息对应的身份等级，确定当前用户的操作权限和显示权限。
具体实施中，用户包括管理人员和操作人员。
本发明实施例提供的仿真教学系统以多人配合的方式完成所有操作，线下先对团队人员进行角色分配，当人员较多时可以一个角色对应多个人员，当人员较少时，可以一个人同时对应多个角色。分配好角色后，各个人员进行注册并登陆系统，系统提供PC端与微信端两种注册及登陆方式。系统通过局域网内部组网，完成显示同步，使得操作者协同操作同一个仿真场景。
该MOM系统接收用户发送的控制命令，根据该控制命令向场景虚拟仿真系统发送生产命令或响应命令。
管理人员包括总管理人员、生产调度人员、物料管理员、质量管理员、设备管理员和刀具管理员，MOM系统接收的用户输入的控制命令包括总管理人员输入的生产计划、生产调度人员根据发布的生产计划输入的生产安排计划和生产物料需求汇总的信息以及物料管理员根据生产物料需求汇总的信息输入的物料出库命令。
生产命令包括生产安排计划和物料出库命令。
场景虚拟仿真系统根据生产命令或管理命令模拟制造工厂运作的场景，接收用户在制造工厂的各个工位的操作指令，将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给MOM系统。
场景虚拟仿真系统收到生产命令时，该场景虚拟仿真系统中的立体仓库根据物料出库命令自动出库物料，由AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)配送到对应的生产线。
操作人员包括操作工和质检人员，其中操作工包括生产线上各个工位不同职能的操作工，包括毛胚上线、磨床、钻床、清洗烘干以及打标检测等。
物料到达生产线后，该场景虚拟仿真系统根据生产安排计划确定生产线上各个工位的工作内容。
接收用户在制造工厂的各个工位输入的操作指令可以包括操作工输入的开机指令和操作设备指令以及质检人员输入的质检合格与否指令。
每个工位的操作人员在开工之前，需要先对工位对应的设备进行点检，并点击设备开机，每个工位角色的操作人员操作自己工位的设备。物料到达操作工位的时候，可以通过MOM进行开工，也可以通过移动端PDA(Personal Digital Assistant，掌上电脑)，扫描仿真系统中的条码进行任务开工，当开工后，场景虚拟仿真系开始自动进行加工。
场景虚拟仿真系统发送给MOM系统的异常报告信息包括:物料异常、工艺异常、设备故障异常和刀具故障异常信息。
各个工位的操作工都可以在系统中提交物料异常、工艺异常等，然后对应异常将提交至对应人员，并由对应人员进行操作处理后MOM系统发送响应命令至该场景虚拟仿真系统。
在虚拟仿真的生产过程中，场景虚拟仿真系统中若设备产生故障可以自动进行异常提报，然后此消息会发送给设备管理人员，然后由设备管理人员在MOM系统与仿真系统中响应异常，并处理异常，MOM系统发送响应命令至该场景虚拟仿真系统，将设备回复正常，则产线可继续正常执行；若刀具产生故障可以自动进行异常提报，然后此消息会发送给刀具管理人员，然后由刀具管理人员在MOM系统与仿真系统中响应异常，并处理异常，MOM系统发送响应命令至该场景虚拟仿真系统，将设备回复正常，则生产线可继续正常执行。
具体的，本发明实施例提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的实施例中，场景虚拟仿真系统实时将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给MOM系统，MOM系统在显示屏上实时显示制造工厂运作情况信息。根据智能制造虚拟工厂实时执行情况，在显示单元进行实时显示，能够使该教学系统的使用者实时的了解智能制造工厂的运行状态。
如图3为本发明提供的一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统的实施例中显示单元显示内容图，由图3可知，该制造工厂运作情况信息包括：
质量状况信息、物料情况信息、设备运行状况信息、生产订单信息、车间WIP(workin progress，工作中心在制品区)状况、刀具使用情况、仿真工厂和异常综合信息。
所有人员都可以在系统中进行漫游，了解其它角色任务。在进行过一次完成的仿真教学后，参与人员可以调换角色，重新开始新一轮仿真；图4为本发明实施例提供的一种场景虚拟仿真系统虚拟仿真的制造工厂的产线设计图，通过将CNC(ComputerizedNumerical Control Machine，计算机数字控制机床)高速数控车床、数控加工中心、智能物流单元、立库、AGV、打标机、机器人工作站等数控设备互联起来，实现电子结构件机加工的智能生产，主要工序包含；磨、铣、钻、烘、检测等，生产过程中充分体现计划、生产执行、质量检测、设备维修、物流配送、机器人、AGV等工作特点，能够让学生在学习机械加工生产知识的同时，体验基于价值的生产系统。图5为本发明实施例提供的一种场景虚拟仿真系统虚拟仿真的智能制造工厂的场景图，多人员可同时登陆，分别操作管理虚拟仿真工厂不同位置，也可以在场景虚拟仿真系统虚拟的制造工厂中进行漫游。
所述系统为用户提供双屏显示，主屏显示场景虚拟仿真系统提供的制造工厂的三维仿真图，副屏显示MOM系统内容。每个角色登陆后在制造工厂的三维仿真图的视角不同，在MOM系统与场景虚拟仿真系统中对应的操作权限也不相同。
所述系统是由多个角色同时登陆系统，在同一个制造工厂环境中进行沉浸式操作，每个角色各司其职，共同完成一个工厂所需的所有环节，相互作用，相互影响。
MOM系统可以对场景虚拟仿真系统进行数据驱动，场景虚拟仿真系统也可以向MOM系统反馈执行结果。MOM系统主要提供了包括计划管理、执行管理、仓库管理、物流配送管理、设备管理、刀具管理、质量管理、异常管理、条码管理及移动APP端等业务管理系统，人员可以通过操作MOM系统,驱动场景虚拟仿真系统。场景虚拟仿真系统则主要提供虚拟的制造工厂及工厂内的所有设备、工装、物料等虚拟制造展示交互环境，人员可以通过拖动、点击和查看等方式进行交互，并将数据反馈给MOM系统。教学仿真提供了数据管理员、计划员、调度员、班组长、操作者、质检员、设备维修、刀具管理员、车间领导等角色。支持多人员多角色同时在线操作MOM与仿真系统，实现多人协同管理操作制造工厂。多个用户可以通过移动端、PC端等多种形式登陆MOM系统，对MOM系统和场景虚拟仿真系统进行操作，同时MOM系统和场景虚拟仿真系统可以向用户进行数据展示，多个用户都对MOM系统与仿真系统进行操作相互之间产生协同影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种沉浸式协同交互虚拟仿真教学系统，其特征在于，所述教学系统包括：MOM系统、场景虚拟仿真系统、身份识别单元和用户交互显示单元；
所述MOM系统接收用户发送的控制命令，根据所述控制命令向所述场景虚拟仿真系统发送生产命令或响应命令；
所述用户包括管理人员；所述管理人员包括总管理人员、生产调度人员和物料管理员；
所述MOM系统接收的所述用户输入的所述控制命令包括：
所述总管理人员输入的生产计划、所述生产调度人员根据所述生产计划输入的生产安排计划和生产物料需求汇总的信息以及所述物料管理员根据所述生产物料需求汇总的信息输入的物料出库命令;
所述生产命令包括所述生产安排计划和所述物料出库命令；
所述身份识别单元根据所述用户输入的登陆信息对应的身份等级，确定当前所述用户的操作权限和显示权限；
所述场景虚拟仿真系统根据所述生产命令模拟制造工厂运作的场景，接收所述用户在制造工厂的各个工位的操作指令，将生产计划完成情况信息以及异常报告信息发送给所述MOM系统;
所述场景虚拟仿真系统收到所述生产命令时，所述场景虚拟仿真系统中的立体仓库根据物料出库命令自动出库物料，配送到对应的生产线；
所述物料到达所述生产线后，所述场景虚拟仿真系统根据所述生产安排计划确定所述生产线上各个工位的工作内容；
所述用户包括操作人员；所述操作人员包括操作工和质检人员；
接收所述用户在制造工厂的各个工位的所述操作指令包括：所述操作工输入的开机指令和操作设备指令以及所述质检人员输入的质检合格与否指令;
所述场景虚拟仿真系统发送给所述MOM系统的异常报告信息包括：所述操作工在对应工位上输入的物料异常和工艺异常信息；所述生产线上设备和刀具产生异常时自动进行异常提报的设备故障异常和刀具故障异常信息;
所述MOM系统收到所述异常报告信息，接收对应的用户输入的操作信息响应并处理所述异常报告信息后，所述MOM系统发送所述响应命令至所述场景虚拟仿真系统；
所述用户交互显示单元包括操作单元和显示单元，所述操作单元接收所述用户输入的各种命令，显示单元向所述用户显示所述场景虚拟仿真系统模拟的场景图像以及制造工厂运作情况信息。
2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述操作单元和显示单元的结构为一体形式或者两个部件的形式；
所述用户交互显示单元包括：电脑、手机、PDA触控显示屏或视频投影端。
3.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述制造工厂运作情况信息在所述显示单元进行实时显示，包括：质量状况信息、物料情况信息、设备运行状况信息、生产订单信息、车间WIP状况、刀具使用情况、仿真工厂和异常综合信息。
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Denomination of invention: An Immersive Collaborative Interactive Virtual Simulation Teaching System Effective date of registration: 20230424 Granted publication date: 20220920 Pledgee: Wuhan Branch of China Everbright Bank Co.,Ltd. Pledgor: EPIC-HUST TECHNOLOGY (WUHAN) CO.,LTD. Registration number: Y2023420000179 |
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