CN110728874A - 一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，包括如下步骤：虚拟装配培训：判断用户选择待操作的设备模型以及操作方式；若为手动操作，系统根据用户手动拆卸/安装过程进行评分；若为自动操作，系统播放演示自动拆卸/安装过程画面；虚拟装配定制：导入待操作的设备模型；选择模型零件、编辑零件动作、输入间隔时间；根据操作步骤生成动作语言集；将动作语言集命名并保存至数据库。通过管理员在后台编辑器编辑虚拟设备的装配过程动画，用于用户的虚拟装配培训，同时根据该过程动画对应的动作语言集，可以对用户虚拟装配的手动操作进行评分。
Description
技术领域
本发明涉及工业设备装配领域，尤其涉及一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法及系统。
背景技术
如今,传统工业设备由于设备器件昂贵、设备结构庞大且复杂,面临着购置和维护成本高、培训难度大风险高的缺点。
随着虚拟现实技术、多媒体技术的发展，提供仿真系统和设备模拟操作环境的工业虚拟仿真系统也随之出现并逐渐成熟。使得设备模拟操作更加趋于现实，操作的成本逐渐降低，培训效果得到日益提高。但是，目前市面上的许多工业虚拟仿真系统在进行对设备的虚拟拆卸与安装的动画制作时需要专业人员使用专业的3D建模软件来设计每一步的动画。同时，当出现需要向系统添加一个新型设备模型的需求时，需要软件开发人员专门针对这款设备进行一次新的工程开发。这使得软件的后期维护需要投入的成本大大增加了。
因此，急需设计出一种通用于所有设备并且不需要专业人员及专业软件便可以实现虚拟装配动画制作以及培训的虚拟仿真系统。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法及系统。
一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，包括如下步骤：
虚拟装配培训：
S101：用户选择待操作的设备模型；
S102：判断用户选择是否为手动操作；
S103：若为手动操作，系统根据用户手动拆卸/安装过程进行评分；
S104：若为自动操作，系统播放演示自动拆卸/安装过程画面；
虚拟装配定制：
S201：导入待操作的设备模型；
S202：选择模型零件、编辑零件动作、输入间隔时间；
S203：根据S202步骤生成动作语言集；
S204：将动作语言集命名并保存至数据库。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，所述动作语言集包括多条描述拆卸/安装过程的动作语言集合，每条动作语言包括步骤ID、动作表现以及分隔时间。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，所述评分包括如下子步骤：
操作动作分解：记录用户手动操作步骤，并将手动操作步骤分解为包括选择模型零件、编辑零件动作以及输入间隔时间的动作语言集；
匹配动作语言集：根据用户选择的培训设备与培训内容匹配数据库内存储的对应动作语言集；
手动操作评分：比对用户手动操作的动作语言集以及数据库内的对应动作语言集的匹配率，获取用户手动操作评分。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，所述虚拟装配培训还包括解析动作语言集的步骤：在检测用户选择手动操作设备模型时，解析该设备模型对应操作的动作语言集，演示播放该动作语言集的动画。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，所述虚拟装配培训还包括用户登录步骤S100，用于用户登录与选择培训设备、培训内容以及培训方式；所述虚拟装配定制还包括管理员登录步骤S200，用于管理员登录与选择定制设备、定制内容，并编辑定制动画。
一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，包括：
用户操作模块：提供用户操作的可视化界面，用于用户对选择的设备模型进行拆卸与装配操作；
动画编辑模块：提供管理员操作的后台编辑器界面，用于管理员制作选定的设备模型的演示播放动画。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，所述用户操作模块包括：
培训选择模块：为用户提供培训设备以及培训内容的选择；
操作评分模块：对用户的手动操作进行评分；
动画播放模块：为用户播放虚拟装配的演示动画。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，所述动画编辑模块包括：
模型导入模块：用于管理员导入新设备模型；
操作记录模块：记录管理员对新设备模型的操作过程；
动作语言生成模块：根据管理员的操作过程生成操作对应的动作语言集。
进一步的，一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，还包括用户登录模块，为用户和管理员提供不同登录权限，分别实现虚拟装配培训与虚拟装配定制的过程。
本发明的有益效果：本发明提出一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法和系统，通过管理员在后台编辑器编辑虚拟设备的装配过程动画，用于用户的虚拟装配培训，同时根据该过程动画对应的动作语言集，可以对用户虚拟装配的手动操作进行评分。降低了设备模型动画的制作难度，缩短了设备模型动画的制作时间，同时使设计设备模型动画对于普通用户来说变得更加简单化、友好化、自由化。
附图说明
图1是虚拟装配培训流程示意图。
图2是虚拟装配定制流程示意图。
图3是动作语言的组成结构图。
图4是动作语言的另一个实施例的组成图。
图5是动作语言处理流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中：
如图1所示，虚拟装配培训包括如下步骤：
用户登录并选择培训设备、培训内容（拆卸/安装）以及培训方式（手动操作/自动操作）；判断用户选择是否为手动操作；若为手动操作，系统根据用户手动拆卸/安装过程进行评分；若为自动操作，系统播放演示自动拆卸/安装过程画面；重新选择培训内容以及培训方式；退出培训过程。
本实施例中，评分过程通过记录用户手动操作步骤，并将手动操作步骤分解为包括选择模型零件、编辑零件动作以及输入间隔时间的动作语言集；根据用户选择的培训设备与培训内容匹配数据库内存储的对应动作语言集；比对用户手动操作的动作语言集以及数据库内的对应动作语言集的匹配率，获取用户手动操作评分。
本实施例中，播放演示画面通过检测用户选择手动操作设备模型，解析该设备模型对应操作的动作语言集，最终演示播放该动作语言集的动画。
如图2所示，虚拟装配定制包括如下步骤：
管理员登录，导入待操作的设备模型，通过向系统的文件管理器里面的Assets目录下直接放入设备模型的方式导入；与此同时系统会自动对导入的设备进行重命名，命名格式为“设备模型名称-操作内容”；选择模型零件、编辑零件动作、输入间隔时间；预览演示虚拟装配过程，判断是否继续编辑；若是返回步骤S1；根据S1步骤生成动作语言集；将动作语言集命名并保存至数据库；退出定制过程。
其中，编辑零件动作包括零件的线性或非线性位移，透明度变化，旋转变换等操作。
本实施例中，如图3所示，生成的动作语言包括三个部分：
①步骤ID：它决定了整条动作语言在整个拆装流程中执行的顺序。
②动作表现：由关系符号和动作组成，用来规定当前动作语言中要执行的动作以及动作之间的关系。
③分隔时间：由时间和关系符号组成，用来规定在动作表现部分中各动作之间的时间间隔。
各动作及关系符号所代表的含义：
①动作A1,A2...:每个动作由动作序号、零件id组成。
②时间T1,T2...：一个数组，数字代表动作之间间隔时间。
③关系符号：
+ :两个动作并行进行。如 A1+A2+A3，解析后A1,A2，A3会同时执行。这个关系符优先级最高，它构成了基本的动作组。
| :代表同一动作组内不同动作的分隔符,它决定了动作进行的先后顺序。如 A1|A2|A3，解析后 A1，A2，A3 会在前一个动作操作完成后依次执行。
它在并行动作组的基础之上构成了顺序执行的动作链。
* :代表动作执行完后分割时间，时间大小由出现顺序的对应分隔时间控制。
= :代表动作开始执行后分割时间，时间大小由出现顺序的对应分隔时间控制。
其中：动作表现字段中的'='，'*'是在'+'和'|'的基础上的扩展，优先级最低，数量必须与分割时间字段的分割时间数量相同。
在另一个实施例中，生成的动作语言如图4所示，对该动作语言进行的翻译过程为：
系统在翻译这段动作时，如图5所示，先翻译优先级低的符号'='，'*'，把整个动作组分成1003|1004+2003，27|28，29|30 三组，第一组最先执行，在第一组执行完成间隔0秒后执行第二组，第二组开始执行0秒后执行第三组，这是各个动作组之间的关系。具体到动作组的内部，先看第一组，由于同时有'+','|'，解析方法会先分割'|'，将动画分成1003，1004+2003两部分，1003先开始执行，执行完成后同时开始执行1004和2003，同理，第二组就是执行27后执行28，第三组就是29执行完后执行30。
本实施例中，通过后台编辑器编辑虚拟设备的装配过程动画，用于用户的虚拟装配培训，同时根据该过程动画对应的动作语言集，可以对用户虚拟装配的手动操作进行评分。后台编辑器通过Unity平台提供的3D引擎及DOTween动画插件实现了设备模型的操作动画制作。
利用向Unity引入插件实现的后台编辑器降低了设备模型动画的制作难度、缩短了设备模型动画的制作时间、让普通用户也能够编辑设备模型。只需在后台编辑器中导入现有的3D模型，系统就会自动对其零件逐个重命名，用户再利用后台编辑器的便利性，便可很容易地设计出模型的动画。由此，兼容许多设备。
本实施例中，当系统已有的设备模型无法满足用户需求，需要添加一款新型设备时。用户可以通过向后台编辑器导入模型，编辑动画，然后打包导出到本系统对应的文件目录里的方式来实现。而无需开发人员专门为了这款设备花时间来进行新的工程开发，降低了系统的后期维护压力。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，其特征在于，包括如下步骤：
虚拟装配培训：
S101：用户选择待操作的设备模型；
S102：判断用户选择是否为手动操作；
S103：若为手动操作，系统根据用户手动拆卸/安装过程进行评分；
S104：若为自动操作，系统播放演示自动拆卸/安装过程画面；
虚拟装配定制：
S201：导入待操作的设备模型；
S202：选择模型零件、编辑零件动作、输入间隔时间；
S203：根据S202步骤生成动作语言集；
S204：将动作语言集命名并保存至数据库。
2.根据权利要求1所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，其特征在于，所述动作语言集包括多条描述拆卸/安装过程的动作语言集合，每条动作语言包括步骤ID、动作表现以及分隔时间。
3.根据权利要求1所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，其特征在于，所述评分包括如下子步骤：
操作动作分解：记录用户手动操作步骤，并将手动操作步骤分解为包括选择模型零件、编辑零件动作以及输入间隔时间的动作语言集；
匹配动作语言集：根据用户选择的培训设备与培训内容匹配数据库内存储的对应动作语言集；
手动操作评分：比对用户手动操作的动作语言集以及数据库内的对应动作语言集的匹配率，获取用户手动操作评分。
4.根据权利要求1所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，其特征在于，所述虚拟装配培训还包括解析动作语言集的步骤：在检测用户选择手动操作设备模型时，解析该设备模型对应操作的动作语言集，演示播放该动作语言集的动画。
5.根据权利要求1所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，其特征在于，所述虚拟装配培训还包括用户登录步骤S100，用于用户登录与选择培训设备、培训内容以及培训方式。
6.根据权利要求1所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训方法，其特征在于，所述虚拟装配定制还包括管理员登录步骤S200，用于管理员登录与选择定制设备、定制内容，并编辑定制动画。
7.一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，其特征在于，包括：
用户操作模块：提供用户操作的可视化界面，用于用户对选择的设备模型进行拆卸与装配操作；
动画编辑模块：提供管理员操作的后台编辑器界面，用于管理员制作选定的设备模型的演示播放动画。
8.根据权利要求7所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，其特征在于，所述用户操作模块包括：
培训选择模块：为用户提供培训设备以及培训内容的选择；
操作评分模块：对用户的手动操作进行评分；
动画播放模块：为用户播放虚拟装配的演示动画。
9.根据权利要求7所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，其特征在于，所述动画编辑模块包括：
模型导入模块：用于管理员导入新设备模型；
操作记录模块：记录管理员对新设备模型的操作过程；
动作语言生成模块：根据管理员的操作过程生成操作对应的动作语言集。
10.根据权利要求7所述的一种工业设备交互式虚拟装配定制与培训系统，其特征在于，还包括用户登录模块，为用户和管理员提供不同登录权限，分别实现虚拟装配培训与虚拟装配定制的过程。
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