CN116842593A - 一种基于ar应用的简易布置计算机模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统及方法，属于计算机模拟技术领域，为了解决设计图主要考虑设备利用以及车间空间的利用率，消防元素、配电元素以及人员通道元素难以加入平面设计的图纸中，则后期车间是否可以有序完善运作的未知数较大，车间改造的成本较大的问题；本发明通过通过收集生产车间的数据，包括生产设备和人员的可用时间，产品类型的需求量和生产用时等信息，根据这些数据建立一个数学模型，并将其输入到计算机程序中进行优化求解；本发明通过分配每一条生产线的工作顺序和每个工作站的作业，从而提高生产效率和降低成本，通过方案代入多方面因素，并通过多次模拟试验，得出最优化的仿真模拟方案。
Description
技术领域
本发明涉及计算机模拟技术领域，特别涉及一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统及方法。
背景技术
计算机模拟，又称为计算机仿真，是指用来模拟特定系统之抽象模型的计算机程序，计算机模拟是一种能用来帮助企业经理在不确定条件下进行决策的方法，企业经理必须在不完全了解事件的发生及其影响如何的情况下，从若干方案中选出一种行动方案来，如果出现特昧事件，将会有什么结果，这也有不确定性，在有些情况下，对结果本身的最终影响也不确定，建立研究对象的数学模型或描述模型并在计算机上加以体现和试验，研究对象包括各种类型的系统，它们的模型是指借助有关概念、变量、规则、逻辑关系、数学表达式、图形和表格等对系统的一般描述。
为了提高生产力，需要对生产车间进行改造，然而改造方案基本基于初期对于车间的平面设计图纸，一方面，设计图主要考虑设备利用以及车间空间的利用率，消防元素、配电元素以及人员通道元素难以加入平面设计的图纸中，则后期车间是否可以有序完善运作的未知数较大，另一方面，车间改造的成本较大，一旦施工成功，后续再发生改动，所消耗的资金和人力较大，得不偿失。
针对以上问题，对现有装置进行了改进，提出了一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统及方法，解决了背景技术中设计图主要考虑设备利用以及车间空间的利用率，消防元素、配电元素以及人员通道元素难以加入平面设计的图纸中，则后期车间是否可以有序完善运作的未知数较大，车间改造的成本较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，包括：
车间空间数据采集系统，用于对生产车间进行测量，采集数据，并通过AR设备的摄像头扫描现实环境，将收集到的图像数据传输到AR应用程序中进行处理；
车间三维模型创建系统，用于使用3D建模软件创建车间的三维模型；
车间场景搭建系统，用于将三维模型导入到UnityAR开发平台中，并进行场景搭建；
动画效果设计系统，用于设计车间内设备、工人等的虚拟模型，添加动画效果；
车间运作流程模拟系统，用于通过编写代码实现与虚拟模型的交互，如对设备进行操作、模拟产品流程；
测试与优化系统，用于确保虚拟场景能够真实反映生产车间的情况。
进一步地，车间空间数据采集系统，包括：
产品类型数据采集单元，用于采集每一种产品的类别，以及该产品可获得的利润；
生产线数据采集单元，用于采集每一条产品生产线的可用资源数据；
产品资源消耗采集单元，用于采集每一种产品的资源消耗数据；
生产线资源采集单元，用于采集每一种产品所对应生产线的资源消耗数据；
产品量数据采集单元，用于采集每一种产品的产品数量。
进一步地，动画效果设计系统，包括：
平面布局图初步绘制单元，用于将初期的车间平面设计图纸转换成3D模型；
消防元素添加单元，用于将消防元素的设备添加进三维模型中；
配电元素添加单元，用于将配电元素的设备添加进三维模型中；
管道仪表元素添加单元，用于将管道仪表元素的设备添加进三维模型中；
存贮空间元素添加单元，用于将存贮空间的数据与生产线的空间相对应；
人员通道元素添加单元，用于将人员通道元素同步设计到三维模型中。
进一步地，车间运作流程模拟系统，包括：
货物管理单元，用于管理现场货物产品的数量以及存储区域；
客户订单管理单元，用于管理客户订单以及订单产品数量；
销售点管理单元，用于管理各品类产品货物的销售点位以及对应销售出口；
储位管理单元，用于管理每一条生产线的每一条产品的储位区，并尺寸以及型号进行分类。
进一步地，车间运作流程模拟系统，还包括：
线性规划生产力单元，用于通过线性规划实现产品类型和生产线的生产力安排；
所述线性规划生产力单元采用以下具体的数学算法得出生产数据：
maxO＝C1X1+C2X2+……+CnXn
subject to
A11X1+A12X2+……+A1nXn≤Y1
A21X1+A22X2+……+A2nXn≤Y2
……
Am1X1+Am2X2+……+AmnXn≤Ym
上式中，Ci表示第i种产品的利润；aij表示生产第j种产品所需要的第i条生产线上的资源耗费；Yi表示第i条生产线的可用资源；Xi表示生产第i种产品的数量。
进一步地，测试与优化系统，采用以下具体的数学算法得出误差数据：
误差＝O1/O1-O0/O1
上式中，O1表示最优解，O0表示实际解，生产数据误差由最优解和实际解决定。
进一步地，车间场景搭建系统，UnityAR基于视觉SLAM的AR技术，可通过跟踪设备的移动并对其周围环境进行感知，从而实时更新虚拟场景的位置和角度。
一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统的实施方法，包括以下步骤：
S11：将初期的车间平面设计图纸转换成3D模型，并将其输入到AR设备中；
S12：使用UnityAR开发平台，创建虚拟现实场景，并将三维模型导入到该场景中；
S13：在AR设备上，使用虚拟现实技术和交互式操作，可以在三维空间中模拟车间的各种场景和操作流程；
S14：通过手势或控制器与AR设备中交互式操作，并控制虚拟模型执行相关的操作流程；
S15：通过AR设备实时观察车间模型，对可能存在的问题进行调整和优化。
进一步地，车间运作流程模拟系统包括以下步骤：
S21：确定生产管理的控制策略：确定参与管理的关键参数以及对应策略的相关参数；
S22：确定生产管理的设计和调度：确定生产能力、产品品质、设备利用率、加工路线选择以及调度规划；
S23：确定生产库存管理量：确定订货策略、订货位置、订货批量以及库存安全水平；
S24：初始布置的仿真模拟分析：确定车间的布局设计，考虑物流成本、空间利用、产品工艺以及设备利用率等因素，并建立车间仿真平台的数学建模；
S25：关键参数模拟分析：将关键参数代入试验，并参与仿真运行，多次模拟试验对比数据，验证出最优的仿真模拟方案；
S26：仿真模拟优化：将最优参数重新代入仿真试验中，通过遗传算法重新验证试验结果，最终得出最优仿真模拟方案。
进一步地，创建虚拟现实场景包括以下操作步骤：
S31：打开UnityAR编辑器；
S32：创建一个新的场景并设置摄像机和光源；
S33：导入所需的三维模型文件，可以通过拖放方式或菜单选项实现；
S34：将三维模型拖到场景中，并按照需要缩放、旋转和平移；
S35：添加相应的脚本来使得模型根据相机和其他交互元素进行移动和交互；
S36：运行应用程序，并在所支持的设备上查看场景。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：工作人员将AR眼镜戴上，即时开启模拟仿真方案，可以使用基于运筹学的调度算法，如遗传算法、模拟退火算法等来优化生产线的生产，通过收集生产车间的数据，包括生产设备和人员的可用时间，产品类型的需求量和生产用时等信息，然后根据这些数据建立一个数学模型，并将其输入到计算机程序中进行优化求解，最终，可以得到一组最优的生产调度方案，包括生产线的工作顺序和每个工作站的作业分配，从而提高生产效率和降低成本，通过方案代入多方面因素，并通过多次模拟试验，得出最优化的仿真模拟方案，降低后期车间是否可以有序完善有效运作的未知数，避免因改动的资金和人力的消耗。
附图说明
图1为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统具体内容框图；
图2为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统车间空间数据采集框图；
图3为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统动画效果设计框图；
图4为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统车间运作流程模拟框图；
图5为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统模拟流程图；
图6为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统车间运作流程模拟流程图；
图7为本发明基于AR应用的简易布置计算机模拟系统创建虚拟现实场景流程图。
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。
为了解决设计图主要考虑设备利用以及车间空间的利用率，消防元素、配电元素以及人员通道元素难以加入平面设计的图纸中，则后期车间是否可以有序完善运作的未知数较大，车间改造的成本较大的技术问题，如图1-图7所示，提供以下优选技术方案：
一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，包括：
车间空间数据采集系统，用于对生产车间进行测量，采集数据，并通过AR设备的摄像头扫描现实环境，将收集到的图像数据传输到AR应用程序中进行处理；
车间三维模型创建系统，用于使用3D建模软件创建车间的三维模型；
车间场景搭建系统，用于将三维模型导入到UnityAR开发平台中，并进行场景搭建；
动画效果设计系统，用于设计车间内设备、工人等的虚拟模型，添加动画效果；
车间运作流程模拟系统，用于通过编写代码实现与虚拟模型的交互，如对设备进行操作、模拟产品流程；
测试与优化系统，用于确保虚拟场景能够真实反映生产车间的情况。
车间空间数据采集系统，包括：
产品类型数据采集单元，用于采集每一种产品的类别，以及该产品可获得的利润；
生产线数据采集单元，用于采集每一条产品生产线的可用资源数据；
产品资源消耗采集单元，用于采集每一种产品的资源消耗数据；
生产线资源采集单元，用于采集每一种产品所对应生产线的资源消耗数据；
产品量数据采集单元，用于采集每一种产品的产品数量。
动画效果设计系统，包括：
平面布局图初步绘制单元，用于将初期的车间平面设计图纸转换成3D模型；
消防元素添加单元，用于将消防元素的设备添加进三维模型中；
配电元素添加单元，用于将配电元素的设备添加进三维模型中；
管道仪表元素添加单元，用于将管道仪表元素的设备添加进三维模型中；
存贮空间元素添加单元，用于将存贮空间的数据与生产线的空间相对应；
人员通道元素添加单元，用于将人员通道元素同步设计到三维模型中。
车间运作流程模拟系统，包括：
货物管理单元，用于管理现场货物产品的数量以及存储区域；
客户订单管理单元，用于管理客户订单以及订单产品数量；
销售点管理单元，用于管理各品类产品货物的销售点位以及对应销售出口；
储位管理单元，用于管理每一条生产线的每一条产品的储位区，并尺寸以及型号进行分类。
车间运作流程模拟系统，还包括：
线性规划生产力单元，用于通过线性规划实现产品类型和生产线的生产力安排；
所述线性规划生产力单元采用以下具体的数学算法得出生产数据：
maxO＝C1X1+C2X2+……+CnXn
subject to
A11X1+A12X2+……+A1nXn≤Y1
A21X1+A22X2+……+A2nXn≤Y2
……
Am1X1+Am2X2+……+AmnXn≤Ym
上式中，Ci表示第i种产品的利润；aij表示生产第j种产品所需要的第i条生产线上的资源耗费；Yi表示第i条生产线的可用资源；Xi表示生产第i种产品的数量。
测试与优化系统，采用以下具体的数学算法得出误差数据：
误差＝O1/O1-O0/O1
上式中，O1表示最优解，O0表示实际解，生产数据误差由最优解和实际解决定。
车间场景搭建系统，UnityAR基于视觉SLAM的AR技术，可通过跟踪设备的移动并对其周围环境进行感知，从而实时更新虚拟场景的位置和角度。
为了进一步更好的解释说明上述实施例，本发明还提供了一种实施方案，一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统的实施方法，包括以下步骤：
步骤一：将初期的车间平面设计图纸转换成3D模型，并将其输入到AR设备中；
步骤二：使用UnityAR开发平台，创建虚拟现实场景，并将三维模型导入到该场景中；
步骤三：在AR设备上，使用虚拟现实技术和交互式操作，可以在三维空间中模拟车间的各种场景和操作流程；
步骤四：通过手势或控制器与AR设备中交互式操作，并控制虚拟模型执行相关的操作流程；
步骤五：通过AR设备实时观察车间模型，对可能存在的问题进行调整和优化。
车间运作流程模拟系统包括以下步骤：
步骤一：确定生产管理的控制策略：确定参与管理的关键参数以及对应策略的相关参数；
步骤二：确定生产管理的设计和调度：确定生产能力、产品品质、设备利用率、加工路线选择以及调度规划；
步骤三：确定生产库存管理量：确定订货策略、订货位置、订货批量以及库存安全水平；
步骤四：初始布置的仿真模拟分析：确定车间的布局设计，考虑物流成本、空间利用、产品工艺以及设备利用率等因素，并建立车间仿真平台的数学建模；
步骤五：关键参数模拟分析：将关键参数代入试验，并参与仿真运行，多次模拟试验对比数据，验证出最优的仿真模拟方案；
步骤六：仿真模拟优化：将最优参数重新代入仿真试验中，通过遗传算法重新验证试验结果，最终得出最优仿真模拟方案。
创建虚拟现实场景包括以下操作步骤：
步骤一：打开UnityAR编辑器；
步骤二：创建一个新的场景并设置摄像机和光源；
步骤三：导入所需的三维模型文件，可以通过拖放方式或菜单选项实现；
步骤四：将三维模型拖到场景中，并按照需要缩放、旋转和平移；
步骤五：添加相应的脚本来使得模型根据相机和其他交互元素进行移动和交互；
步骤六：运行应用程序，并在所支持的设备上查看场景。
具体的，工作人员将AR眼镜戴上，即时开启模拟仿真方案，可以使用基于运筹学的调度算法，如遗传算法、模拟退火算法等来优化生产线的生产，通过收集生产车间的数据，包括生产设备和人员的可用时间，产品类型的需求量和生产用时等信息，然后根据这些数据建立一个数学模型，并将其输入到计算机程序中进行优化求解，最终，可以得到一组最优的生产调度方案，包括生产线的工作顺序和每个工作站的作业分配，从而提高生产效率和降低成本，通过方案代入多方面因素，并通过多次模拟试验，得出最优化的仿真模拟方案，降低后期车间是否可以有序完善有效运作的未知数，避免因改动的资金和人力的消耗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于，包括：
车间空间数据采集系统，用于对生产车间进行测量，采集数据，并通过AR设备的摄像头扫描现实环境，将收集到的图像数据传输到AR应用程序中进行处理；
车间三维模型创建系统，用于使用3D建模软件创建车间的三维模型；
车间场景搭建系统，用于将三维模型导入到UnityAR开发平台中，并进行场景搭建；
动画效果设计系统，用于设计车间内设备、工人等的虚拟模型，添加动画效果；
车间运作流程模拟系统，用于通过编写代码实现与虚拟模型的交互，如对设备进行操作、模拟产品流程；
测试与优化系统，用于确保虚拟场景能够真实反映生产车间的情况。
2.如权利要求1所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于：所述车间空间数据采集系统，包括：
产品类型数据采集单元，用于采集每一种产品的类别，以及该产品可获得的利润；
生产线数据采集单元，用于采集每一条产品生产线的可用资源数据；
产品资源消耗采集单元，用于采集每一种产品的资源消耗数据；
生产线资源采集单元，用于采集每一种产品所对应生产线的资源消耗数据；
产品量数据采集单元，用于采集每一种产品的产品数量。
3.如权利要求2所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于：所述动画效果设计系统，包括：
平面布局图初步绘制单元，用于将初期的车间平面设计图纸转换成3D模型；
消防元素添加单元，用于将消防元素的设备添加进三维模型中；
配电元素添加单元，用于将配电元素的设备添加进三维模型中；
管道仪表元素添加单元，用于将管道仪表元素的设备添加进三维模型中；
存贮空间元素添加单元，用于将存贮空间的数据与生产线的空间相对应；
人员通道元素添加单元，用于将人员通道元素同步设计到三维模型中。
4.如权利要求3所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于：所述车间运作流程模拟系统，包括：
货物管理单元，用于管理现场货物产品的数量以及存储区域；
客户订单管理单元，用于管理客户订单以及订单产品数量；
销售点管理单元，用于管理各品类产品货物的销售点位以及对应销售出口；
储位管理单元，用于管理每一条生产线的每一条产品的储位区，并尺寸以及型号进行分类。
5.如权利要求4所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于：所述车间运作流程模拟系统，还包括：
线性规划生产力单元，用于通过线性规划实现产品类型和生产线的生产力安排；
所述线性规划生产力单元采用以下具体的数学算法得出生产数据：
maxO＝C1X1+C2X2+……+CnXn
subject to
A11X1+A12X2+……+A1nXn≤Y1
A21X1+A22X2+……+A2nXn≤Y2
……
Am1X1+Am2X2+……+AmnXn≤Ym
上式中，Ci表示第i种产品的利润；aij表示生产第j种产品所需要的第i条生产线上的资源耗费；Yi表示第i条生产线的可用资源；Xi表示生产第i种产品的数量。
6.如权利要求5所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于：所述测试与优化系统，采用以下具体的数学算法得出误差数据：
误差＝O1/O1-O0/O1
上式中，O1表示最优解，O0表示实际解，生产数据误差由最优解和实际解决定。
7.如权利要求6所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统，其特征在于：所述车间场景搭建系统，UnityAR基于视觉SLAM的AR技术，可通过跟踪设备的移动并对其周围环境进行感知，从而实时更新虚拟场景的位置和角度。
8.如权利要求7所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S11：将初期的车间平面设计图纸转换成3D模型，并将其输入到AR设备中；
S12：使用UnityAR开发平台，创建虚拟现实场景，并将三维模型导入到该场景中；
S13：在AR设备上，使用虚拟现实技术和交互式操作，可以在三维空间中模拟车间的各种场景和操作流程；
S14：通过手势或控制器与AR设备中交互式操作，并控制虚拟模型执行相关的操作流程；
S15：通过AR设备实时观察车间模型，对可能存在的问题进行调整和优化。
9.如权利要求8所述的一种基于AR应用的简易布置计算机模拟系统的模拟方法，其特征在于：车间运作流程模拟系统包括以下步骤：
S21：确定生产管理的控制策略：确定参与管理的关键参数以及对应策略的相关参数；
S22：确定生产管理的设计和调度：确定生产能力、产品品质、设备利用率、加工路线选择以及调度规划；
S23：确定生产库存管理量：确定订货策略、订货位置、订货批量以及库存安全水平；
S24：初始布置的仿真模拟分析：确定车间的布局设计，考虑物流成本、空间利用、产品工艺以及设备利用率等因素，并建立车间仿真平台的数学建模；
S25：关键参数模拟分析：将关键参数代入试验，并参与仿真运行，多次模拟试验对比数据，验证出最优的仿真模拟方案；
S26：仿真模拟优化：将最优参数重新代入仿真试验中，通过遗传算法重新验证试验结果，最终得出最优仿真模拟方案。
10.一种如权利要求9所述的基于AR应用的简易布置计算机模拟系统的模拟方法，其特征在于：所述创建虚拟现实场景包括以下操作步骤：
S31：打开UnityAR编辑器；
S32：创建一个新的场景并设置摄像机和光源；
S33：导入所需的三维模型文件，可以通过拖放方式或菜单选项实现；
S34：将三维模型拖到场景中，并按照需要缩放、旋转和平移；
S35：添加相应的脚本来使得模型根据相机和其他交互元素进行移动和交互；
S36：运行应用程序，并在所支持的设备上查看场景。
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- 2023-06-09 CN CN202310681107.6A patent/CN116842593A/zh active Pending
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