CN116451283A - 一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼钢管理技术领域，具体地说，涉及一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法。包括三维场景、通信系统、3D引擎、炼钢天车物流数字孪生仿真系统和组对象模型。本发明设计通过构建三维场景，使各层次人员都可直观快速地了解当前厂内天车运行的位置及正在发生的动作；采用三维引擎制作使系统更加灵活；三维引擎采用消息队列遥测传输协议与通信系统进行实时数据的发送与接收，可保证在硬件性能降低并且网络状况糟糕的情况下依然进行稳定持续的数据传输；通过定位采集技术精准捕捉整个炼钢流程中天车的位置信息，实时跟踪天车的运动轨迹；根据重量变化趋势以及位置信息，快速及时地捕捉到天车各种动作，为工厂内的安全管控提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢管理技术领域，具体地说，涉及一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法。
背景技术
炼钢是一个多工序、多岗位、立体交叉式的生产行业，炼钢流程中物流的储运设备、容器包含铁包、钢包、废钢斗、天车、台车等，铁包与钢包作为铁水与钢水的载体，铁水与钢水在各个工序内以及工序间的运转主要依靠天车、台车进行，天车物流系统作为钢铁智能制造的一个重要组成部分，是炼钢厂智能化、数字化管理不可或缺的重要内容。
当前很多钢铁企业的生产运行环节主要依靠人工监控，生产组织主要依靠调度人员现场指挥。生产现场信息化、智能化水平不高，使得钢铁企业的生产运行管理难度加大。人员与设备运行状态无法实时感知，管理人员对生产现场设备状态感知能力弱，缺乏直观感受，整体掌控能力差，易产生管理漏洞，而以现有技术中的天车物流系统通过物联网平台和三维则有望可视化地解决这一问题。但其仍然存在如下局限：
(1)生产过程中过度依赖人工监控的生产方式，运行管理难度大；
(2)设备运行状态无法实时感知，管理人员对生产现场设备状态感知能力弱，各岗位间信息流转不畅通，各工序间调度协同性差；
(3)现有的炼钢厂天车物流系统主要为二维平面图显示，只可通过固定视角(俯视)进行查看，无法通过多维度视角进行监控，缺乏直观感受；
(4)二维平面图只可在界面中显示出各个天车跨在X轴以及Y轴的行动轨迹，但无法实现对于天车的主钩在Z轴方向的高度显示，使现场人员无法准确判断当前天车是否在进行吊物动作；
(5)一般炼钢车间主要为钢结构厂房，并且在炼钢生产过程中钢水、铁水等物质温度均在1500℃左右，厂房内网络环境与设备运行环境较差，在如此受限的环境下无法保证数据的稳定传输。
鉴于此，我们提出了一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法，包括：
三维场景：根据炼钢现场实景，结合天车跨整体长度、宽度、高度以及多个跨之间的位置关系，构建三维场景，作为炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景；
通信系统：于现实场景中的天车配置通信系统，用于监测并发送天车PLC中的实时运行数据；
3D引擎：系统中通过3D引擎处理各天车中的数据，用来控制三维场景中的模型移动，以及起放吊动作；
炼钢天车物流数字孪生仿真系统：采用基于WebGL的Threejs引擎进行构建，以B/S架构作为主体架构；
组对象模型：将现实场景中可同时发生移动的设备(如天车发生移动时大车、小车、主钩同时进行移动)对应三维模型进行关联组合，用于减少系统中所有可发生动作的模型位置信息转换复杂度。
作为本技术方案的进一步改进，所述三维场景中，三维场景世界坐标系采用三维笛卡尔坐标系构成，其x，y，z分别对应炼钢车间天车跨的横向方向、垂直方向、纵向平移方向；
结合现场各生产设备以及工位在现实中的位置，根据比例确定对应各天车跨、转炉、连铸等设备的模型大小以及所处场景位置，作为炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景；
其中，静态场景中固定工位包括但不限于：铁水吊包位、转炉工位、铁水预处理位、空包位、废钢斗吊包位、钢包冷修位、钢包热修位、精炼位、钢包烘烤位、氧枪平台、连铸工位。
作为本技术方案的进一步改进，所述通信系统中监测并发送的实时运行数据包含但不限于：大车横向移动位置(x方向)数据；主钩垂直移动位置(y方向)数据；小车纵向平移位置(z方向)数据；天车称实时重量(weight)数据；
同时，所述通信系统与所述3D引擎采用消息队列遥测传输协议进行实时通讯，用于保证在网络受限或环境受限的情况下数据可以稳定传输。
作为本技术方案的进一步改进，所述炼钢天车物流数字孪生仿真系统中，天车的大车、小车、主钩的长度与宽度等尺寸与真实设备尺寸保证1：1还原，误差最大允许±5px以内，以保证模型对应现实场景的真实度；
同时尺寸大小可根据场景环境任意调节，用于保证系统模型的误差范围可控。
作为本技术方案的进一步改进，所述组对象模型中，炼钢天车物流数字孪生仿真系统采用“组对象(Group Object)”概念，可以减少系统中所有可发生动作的模型位置信息转换复杂度；
组对象与子模型关系为一对多关系，一个子模型可与不同的其他子模型进行关联组合，同时一个组对象可根据场景环境衍生出其他组对象；
其中，组对象作为整体视为一个独立模型，设备发生移动时，三维引擎控制组对象进行移动，组内所有子模型将同时移动。
本发明的目的之二在于，提供了一种炼钢天车物流数字孪生仿真方法，包括上述所述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，仿真过程包括如下步骤：
S1、炼钢天车物流数字孪生仿真系统中以转炉加料跨顶点作为世界坐标系原点(0，0，0)，根据三维坐标系中的右手定则指定正坐标和负坐标；
S2、通信系统通过网络协议将天车位置发送至3D引擎中，引擎根据天车PLC上的横、竖、垂直点位，找到三维场景中天车模型对应位置的坐标数据；
S3、以系统每次打开后的首次接收点位作为初始位置，进行初始化场景操作；
S4、现实场景中的天车、小车、钢包、铁包等位置对应三维场景中的模型位置需每次根据位置算法转换后再进行移动；
S5、最后在系统中对组对象模型进行组合与控制。
作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S4中，三维场景模型移动的具体过程包括如下步骤：
S4.1、根据现实场景与三维场景下天车跨长度计算映射比例
S4.2、接收天车PLC实时数据中的位置信息realposition＝(x,y,z)；
S4.3、根据比例得到天车位置信息在三维场景下的对应位置坐标modelposition(x,y,z)＝percentage×realposition(x,y,z)。
作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S4中，三维场景模型移动过程中的位置算法采用世界坐标系下的位置转换算法，其中，世界坐标系下的位置转换算法的核心在于：使用目标位置(即模型在世界坐标系中的绝对位置)；
首先，世界坐标系原点位置为modelglobezeroposition＝(0,0,0)；
计算转换后模型在三维场景中的位置即为currentposition(x,y,z)＝modelglobezeroposition(x,y,z)+modelposition(x,y,z)；
三维引擎实时接收天车PLC中每一帧位置信息realposition，通过上述方法进行计算转换，将转换后的位置信息对模型当前位置进行重置currentposition(x,y,z)＝f(realposition)，即完成模型在三维场景下的移动。
作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S5中，系统中组对象模型的组合与控制方法具体过程包括如下步骤：
S5.1、天车物流在现实场景中包含大车、小车、主钩、重物(铁包、废钢斗、钢包)四个实体设备，系统将四种设备统一进行建模并分别命名为：大车model_A、小车model_B、主钩model_C，重物model_D；
S5.2、根据设备间的运动关系，将四种设备分为两个组对象，即Group1与Group2，具体组合包括：
a)当天车吊物进行移动时，Group1为model_B、model_C、model_D的组合；
b)当天车空车进行移动时，Group1为model_B、model_C的组合；
c)Group2为Group1与model_A的组合；
S5.3、程序中每部天车模型均有独立三个线程控制在三个方向的动作与位置转换：
a)天车发生动作时，三维引擎中的线程1监听通信系统中天车主钩在Y方向的实时位置，当位置主钩高度发生变化时，线程1进行位置转换，控制主钩在世界坐标系中Y的高度；若天车正在进行吊物操作，则将重物与主钩在Y轴位置同步控制；
b)三维引擎中的线程2监听通信系统中天车在Z轴方向的实时位置，当天车中的小车发生移动时，线程2进行位置转换，控制Group1在Z轴的位置，Group1包含于Group2，因此线程2只做在父级组内部的位置转换；
c)三维引擎中的线程3监听通信系统中天车在X轴方向的实时位置，当天车大车发生移动时，线程3进行位置转换，控制Group2在世界坐标系中X的位置。
本发明的目的之三在于，提供了一种系统运行平台装置，包括安装于内核的处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，计算机程序主要包括应用引擎和数据引擎，还包括数据库中间件和消息中间件，处理器用于执行计算机程序时实现上述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法的步骤。
本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.该炼钢天车物流数字孪生仿真系统中，通过构建三维场景，可准确将炼钢厂内部结构更加准确与形象地展示在系统中，通过三维引擎将现实与三维虚拟场景进行映射，直观展现工厂内天车以及各主要设备的工作状态，实现对天车以及台车的移动、起吊、放吊等动作进行仿真还原，使各层次人员都可直观快速地了解当前厂内天车运行的位置以及正在发生的动作；采用三维引擎制作，可随意旋转三维场景的角度，使系统更加灵活；三维引擎通过采用消息队列遥测传输协议与通信系统进行实时数据的发送与接收，可保证在硬件性能降低并且网络状况糟糕的情况下依然进行稳定持续的数据传输；
2.该炼钢天车物流数字孪生仿真方法中，通过定位采集技术精准捕捉整个炼钢流程中天车的位置信息，实时跟踪天车的运动轨迹；根据重量变化趋势以及位置信息，快速及时地捕捉到天车各种动作，为工厂内的安全管控提供依据。
附图说明
图1为本发明中示例性的整体系统架构框图；
图2为本发明中示例性的炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景图；
图3为本发明中示例性的采用租对象对应三维模型进行关联组合的场景示意图；
图4为本发明中示例性的组对象模型的组合结构示意图；
图5为本发明中示例性的天车模型独立线程的动作与位置转换示意图；
图6为本发明中示例性的仿真系统中天车模型独立线程的动作与位置转换示意图；
图7为本发明中示例性的炼钢天车物流数字孪生仿真系统中的世界坐标系结构示意图；
图8为本发明中示例性的电子计算机平台装置结构示意图。
图中：
A、铁水吊包位；B、转炉工位；C、铁水预处理位；D、空包位；E、废钢斗吊包位；F、钢包冷修位；G、钢包热修位；H、精炼位；I、钢包烘烤位；J、氧枪平台；K、连铸工位。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，本实施例提供了一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统，包括：
三维场景：根据炼钢现场实景，结合天车跨整体长度、宽度、高度以及多个跨之间的位置关系，构建三维场景，作为炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景；
通信系统：于现实场景中的天车配置通信系统，用于监测并发送天车PLC中的实时运行数据；
3D引擎：系统中通过3D引擎处理各天车中的数据，用来控制三维场景中的模型移动，以及起放吊动作；
炼钢天车物流数字孪生仿真系统：采用基于WebGL的Threejs引擎进行构建，以B/S架构作为主体架构；
组对象模型：将现实场景中可同时发生移动的设备(如天车发生移动时大车、小车、主钩同时进行移动)对应三维模型进行关联组合，用于减少系统中所有可发生动作的模型位置信息转换复杂度。
本实施例中，三维场景中，三维场景世界坐标系采用三维笛卡尔坐标系构成，其x，y，z分别对应炼钢车间天车跨的横向方向、垂直方向、纵向平移方向；
结合现场各生产设备以及工位在现实中的位置，根据比例确定对应各天车跨、转炉、连铸等设备的模型大小以及所处场景位置，作为炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景；
其中，如图2所示，静态场景中固定工位包括但不限于：铁水吊包位A、转炉工位B、铁水预处理位C、空包位D、废钢斗吊包位E、钢包冷修位F、钢包热修位G、精炼位H、钢包烘烤位I、氧枪平台J、连铸工位K。
本实施例中，通信系统中监测并发送的实时运行数据包含但不限于：大车横向移动位置(x方向)数据；主钩垂直移动位置(y方向)数据；小车纵向平移位置(z方向)数据；天车称实时重量(weight)数据；
同时，通信系统与3D引擎/三维引擎采用消息队列遥测传输协议进行实时通讯，用于保证在网络受限或环境受限的情况下数据可以稳定传输。
其中，值得说明的是，常见的三维引擎有UE4、U3D、Three.js、Babylon.js等，其中基于客户端的三维引擎有基于DirectX或OpenGl等，Web端的三维引擎主要基于WebGl；本实施例的三维引擎主要采用基于WebGL的Three.js进行构建，其他三维引擎也可进行替代。
本实施例中，炼钢天车物流数字孪生仿真系统中，天车的大车、小车、主钩的长度与宽度等尺寸与真实设备尺寸保证1：1还原，误差最大允许±5px以内，以保证模型对应现实场景的真实度；
同时尺寸大小可根据场景环境任意调节，用于保证系统模型的误差范围可控。
具体地，本实施例的炼钢天车物流数字孪生仿真系统将数字孪生技术与炼钢天车物流相结合，将炼钢内部天车在各工位间的运转动作动态展示；系统采用B/S架构，三维引擎通过使用基于WebGL的Threejs进行构建；
同时，三维引擎内置转换算法，将现实场景下的天车运行位置通过算法对应至笛卡尔坐标系，同时三维引擎中采用组对象模型，所有子模型坐标原点由世界坐标系转换为父级组对象，减少三维场景下各模型位置转换算法复杂度；
另外，通过组对象模型，将天车在三维场景下的移动进行拆分，X、Y、Z三个方向分别由不同模型(或组)进行单独控制，可以减少系统逻辑代码的耦合度。
如图3-图7所示，本实施例还提供了一种炼钢天车物流数字孪生仿真方法，包括上述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，仿真过程包括如下步骤：
S1、炼钢天车物流数字孪生仿真系统中以转炉加料跨顶点作为世界坐标系原点(0，0，0)，根据三维坐标系中的右手定则指定正坐标和负坐标；
S2、通信系统通过网络协议将天车位置发送至3D引擎中，引擎根据天车PLC上的横、竖、垂直点位，找到三维场景中天车模型对应位置的坐标数据；
S3、以系统每次打开后的首次接收点位作为初始位置，进行初始化场景操作；
S4、现实场景中的天车、小车、钢包、铁包等位置对应三维场景中的模型位置需每次根据位置算法转换后再进行移动；
S5、最后在系统中对组对象模型进行组合与控制。
如图3所示，步骤S1中，指定正坐标和负坐标的示例性方法为：根据三维坐标系中的右手定则指定横向位置(x轴)右侧方向为正坐标，纵向位置(z轴)向上区域为正坐标，垂直位置(y轴)向下为正坐标，同时上述位置的所有反向为负坐标。
本实施例中，步骤S4中，三维场景模型移动的具体过程包括如下步骤：
S4.1、根据现实场景与三维场景下天车跨长度计算映射比例percentage＝
S4.2、接收天车PLC实时数据中的位置信息realposition＝(x,y,z)；
S4.3、根据比例得到天车位置信息在三维场景下的对应位置坐标modelposition(x,y,z)＝percentage×realposition(x,y,z)。
进一步地，步骤S4中，三维场景模型移动过程中的位置算法采用世界坐标系下的位置转换算法，其中，世界坐标系下的位置转换算法的核心在于：使用目标位置(即模型在世界坐标系中的绝对位置)；
首先，世界坐标系原点位置为modelglobezeroposition＝(0,0,0)；
计算转换后模型在三维场景中的位置即为currentposition(x,y,z)＝modelglobezeroposition(x,y,z)+modelposition(x,y,z)；
三维引擎实时接收天车PLC中每一帧位置信息realposition，通过上述方法进行计算转换，将转换后的位置信息对模型当前位置进行重置currentposition(x,y,z)＝f(realposition)，即完成模型在三维场景下的移动。
具体地，上述方法中的位置转换算法语句执行次数不随(x,y,z)的变化增加重复执行的次数，固定为常数1，即该算法的时间复杂度为O(1)，可使真实场景下的天车位置在毫秒内进行转换并实时进行处理，保证三维场景下各模型的动作连贯性。
其中，值得说明的是，三维场景下天车的位置转换基本全部采用相对于世界坐标系原点的绝对位置进行控制，而本实施例中通过采用动态组模型的方式，将相对世界坐标系原点与相对父级组原点相结合的方式进行位置转换。
本实施例中，步骤S5中，系统中组对象模型的组合与控制方法具体过程包括如下步骤：
S5.1、天车物流在现实场景中包含大车、小车、主钩、重物(铁包、废钢斗、钢包)四个实体设备，系统将四种设备统一进行建模并分别命名为：大车model_A、小车model_B、主钩model_C，重物model_D；
S5.2、根据设备间的运动关系，将四种设备分为两个组对象，即Group1与Group2，如图4所示，具体组合包括：
a)当天车吊物进行移动时，Group1为model_B、model_C、model_D的组合；
b)当天车空车进行移动时，Group1为model_B、model_C的组合；
c)Group2为Group1与model_A的组合；
S5.3、程序中每部天车模型均有独立三个线程控制在三个方向的动作与位置转换，如图5-图6所示：
a)天车发生动作时，三维引擎中的线程1(Thread1)监听通信系统中天车主钩在Y方向的实时位置，当位置主钩高度发生变化时，线程1(Thread1)进行位置转换，控制主钩在世界坐标系中Y的高度；若天车正在进行吊物操作，则将重物与主钩在Y轴位置同步控制；
b)三维引擎中的线程2(Thread2)监听通信系统中天车在Z轴方向的实时位置，当天车中的小车发生移动时，线程2(Thread2)进行位置转换，控制Group1在Z轴的位置，Group1包含于Group2，因此线程2(Thread2)只做在父级组内部的位置转换；
c)三维引擎中的线程3(Thread3)监听通信系统中天车在X轴方向的实时位置，当天车大车发生移动时，线程3(Thread3)进行位置转换，控制Group2在世界坐标系中X的位置。
本实施例中，上述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法采用“组对象(GroupObject)”概念，可以减少系统中所有可发生动作的模型位置信息转换复杂度；
组对象与子模型关系为一对多关系，一个子模型可与不同的其他子模型进行关联组合，同时一个组对象可根据场景环境衍生出其他组对象；
其中，组对象作为整体视为一个独立模型，设备发生移动时，三维引擎控制组对象进行移动，组内所有子模型将同时移动；
同时，关联组合后，组对象在三维场景下的位置依然遵循上述世界坐标系下的位置转换算法，而子模型的坐标系则由世界坐标系改变为组对象内部坐标系，即组对象底点位置变为子模型的原点。
进一步地，如图7所示，采用该方法的优势在于：未进行组合时子模型的位置转换需每次根据当前跨与modelglobezeroposition的偏移量调整，而进行组合后子模型由于坐标系发生改变，原点变更为组对象的底点位置，即发生移动时位置转换算法不需考虑与世界坐标系原点的偏移量。采用该方法可极大缩减三维引擎中模型移动算法的复杂度。
如图8所示，本实施例还提供了一种系统运行平台装置，该装置安装于内核的处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，计算机程序主要包括应用引擎和数据引擎，还包括数据库中间件和消息中间件。
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法的步骤。
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法的步骤。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤的过程可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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 (9)
1.一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统，其特征在于，包括：
三维场景：根据炼钢现场实景，结合天车跨整体长度、宽度、高度以及多个跨之间的位置关系，构建三维场景，作为炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景；
通信系统：于现实场景中的天车配置通信系统，用于监测并发送天车PLC中的实时运行数据；
3D引擎：系统中通过3D引擎处理各天车中的数据，用来控制三维场景中的模型移动，以及起放吊动作；
炼钢天车物流数字孪生仿真系统：采用基于WebGL的Threejs引擎进行构建，以B/S架构作为主体架构；
组对象模型：将现实场景中可同时发生移动的设备对应三维模型进行关联组合，用于减少系统中所有可发生动作的模型位置信息转换复杂度。
2.根据权利要求1所述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，其特征在于，所述三维场景中，三维场景世界坐标系采用三维笛卡尔坐标系构成，其x，y，z分别对应炼钢车间天车跨的横向方向、垂直方向、纵向平移方向；
结合现场各生产设备以及工位在现实中的位置，根据比例确定对应各天车跨、转炉、连铸等设备的模型大小以及所处场景位置，作为炼钢天车物流数字孪生仿真系统的静态基础场景；
其中，静态场景中固定工位包括但不限于：铁水吊包位(A)、转炉工位(B)、铁水预处理位(C)、空包位(D)、废钢斗吊包位(E)、钢包冷修位(F)、钢包热修位(G)、精炼位(H)、钢包烘烤位(I)、氧枪平台(J)、连铸工位(K)。
3.根据权利要求2所述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，其特征在于，所述通信系统中监测并发送的实时运行数据包含但不限于：大车横向移动位置(x方向)数据；主钩垂直移动位置(y方向)数据；小车纵向平移位置(z方向)数据；天车称实时重量(weight)数据；
同时，所述通信系统与所述3D引擎采用消息队列遥测传输协议进行实时通讯，用于保证在网络受限或环境受限的情况下数据可以稳定传输。
4.根据权利要求3所述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，其特征在于，所述炼钢天车物流数字孪生仿真系统中，天车的大车、小车、主钩的长度与宽度等尺寸与真实设备尺寸保证1：1还原；
同时尺寸大小可根据场景环境任意调节。
5.根据权利要求4所述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，其特征在于，所述组对象模型中，炼钢天车物流数字孪生仿真系统采用“组对象(Group Object)”概念，可以减少系统中所有可发生动作的模型位置信息转换复杂度；
组对象与子模型关系为一对多关系，一个子模型可与不同的其他子模型进行关联组合，同时一个组对象可根据场景环境衍生出其他组对象；
其中，组对象作为整体视为一个独立模型，设备发生移动时，三维引擎控制组对象进行移动，组内所有子模型将同时移动。
6.一种炼钢天车物流数字孪生仿真方法，包括权利要求5所述的炼钢天车物流数字孪生仿真系统，其特征在于，仿真过程包括如下步骤：
S1、炼钢天车物流数字孪生仿真系统中以转炉加料跨顶点作为世界坐标系原点(0，0，0)，根据三维坐标系中的右手定则指定正坐标和负坐标；
S2、通信系统通过网络协议将天车位置发送至3D引擎中，引擎根据天车PLC上的横、竖、垂直点位，找到三维场景中天车模型对应位置的坐标数据；
S3、以系统每次打开后的首次接收点位作为初始位置，进行初始化场景操作；
S4、现实场景中的天车、小车、钢包、铁包等位置对应三维场景中的模型位置需每次根据位置算法转换后再进行移动；
S5、最后在系统中对组对象模型进行组合与控制。
7.根据权利要求6所述的炼钢天车物流数字孪生仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中，三维场景模型移动的具体过程包括如下步骤：
S4.1、根据现实场景与三维场景下天车跨长度计算映射比例
S4.2、接收天车PLC实时数据中的位置信息realposition＝(x,y,z)；
S4.3、根据比例得到天车位置信息在三维场景下的对应位置坐标modelposition(x,y,z)＝percentage×realposition(x,y,z)。
8.根据权利要求7所述的炼钢天车物流数字孪生仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中，三维场景模型移动过程中的位置算法采用世界坐标系下的位置转换算法，其中，世界坐标系下的位置转换算法的核心在于：使用目标位置；
首先，世界坐标系原点位置为modelglobezeroposition＝(0,0,0)；
计算转换后模型在三维场景中的位置即为currentposition(x,y,z)＝modelglobezeroposition(x,y,z)+modelposition(x,y,z)；
三维引擎实时接收天车PLC中每一帧位置信息realposition，通过上述方法进行计算转换，将转换后的位置信息对模型当前位置进行重置currentposition(x,y,z)＝f(realposition)，即完成模型在三维场景下的移动。
9.根据权利要求6所述的炼钢天车物流数字孪生仿真方法，其特征在于，所述步骤S5中，系统中组对象模型的组合与控制方法具体过程包括如下步骤：
S5.1、天车物流在现实场景中包含大车、小车、主钩、重物四个实体设备，系统将四种设备统一进行建模并分别命名为：大车model_A、小车model_B、主钩model_C，重物model_D；
S5.2、根据设备间的运动关系，将四种设备分为两个组对象，即Group1与Group2，具体组合包括：
a)当天车吊物进行移动时，Group1为model_B、model_C、model_D的组合；
b)当天车空车进行移动时，Group1为model_B、model_C的组合；
c)Group2为Group1与model_A的组合；
S5.3、程序中每部天车模型均有独立三个线程控制在三个方向的动作与位置转换：
a)天车发生动作时，三维引擎中的线程1监听通信系统中天车主钩在Y方向的实时位置，当位置主钩高度发生变化时，线程1进行位置转换，控制主钩在世界坐标系中Y的高度；若天车正在进行吊物操作，则将重物与主钩在Y轴位置同步控制；
b)三维引擎中的线程2监听通信系统中天车在Z轴方向的实时位置，当天车中的小车发生移动时，线程2进行位置转换，控制Group1在Z轴的位置，Group1包含于Group2，因此线程2只做在父级组内部的位置转换；
c)三维引擎中的线程3监听通信系统中天车在X轴方向的实时位置，当天车大车发生移动时，线程3进行位置转换，控制Group2在世界坐标系中X的位置。
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|---|---|---|---|
| CN202211099954.3A CN116451283A (zh) | 2023-03-09 | 2023-03-09 | 一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法 |
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| CN202211099954.3A CN116451283A (zh) | 2023-03-09 | 2023-03-09 | 一种炼钢天车物流数字孪生仿真系统及方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116969334A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-10-31 | 华侨大学 | 一种多天车协同作业系统 |
| CN117078812A (zh) * | 2023-10-12 | 2023-11-17 | 园测信息科技股份有限公司 | 一种轨道交通列车三维动画仿真方法、存储介质及设备 |
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2023
- 2023-03-09 CN CN202211099954.3A patent/CN116451283A/zh not_active Withdrawn
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| CN117078812B (zh) * | 2023-10-12 | 2024-01-05 | 园测信息科技股份有限公司 | 一种轨道交通列车三维动画仿真方法、存储介质及设备 |
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