模块化柔性生产线实训系统的三维监控软件开发及应用

摘要

实操训练是电气工程师技能培训的重要环节，它有助于受训人员学习电气工程师技能和设备传动原理，便于理解和巩固相关的理论知识，熟练掌握操作技能。绵阳卷烟厂模块化柔性生产线实训系统自主性不强并且不能及时反馈操作效果，导致实操培训效率低、培训效果不理想。结合模块化柔性生产线实训系统的技能培训特点，采用模块化的设计方法，将虚拟实验技术、Maya建模技术、Unity3D虚拟漫游技术、OPC通信技术、PLC及现场总线技术充分融为一体，面向模块化柔性生产线实训系统开发一款三维监控软件，用于电气工程师技能培训以及物流生产线的应用创新实验。三维监控软件可使实操培训突破时间与空间的限制，降低用户的培训成本，提高培训效率及效果。 本文主要从三维模型的优化处理、虚拟漫游实现、软硬件通信实现及评价机制建立四个方面阐述软件的研究过程。由于三维模型处理效果会影响软件的开发效率和维护升级，采用Unity3D的资源监控工具Proflier分析了影响CPU性能的参数，根据参数特性选用Polygon Cruncher对三维模型进行优化，降低了三维模型对开发环境资源的占用。采用游戏引擎Unity3D对用户界面进行虚拟漫游开发设计以增强三维体验，包括UGUI系统的界面窗口设计、动画系统的三维模型动画演示以及灯光系统结合物理系统的虚拟漫游。通过对模块化柔性生产线实训系统的网络分析，结合Unity3D编辑器的特点，采用OPC协议标准对现场的数据进行采集，融合SignalR与OPCClient进行实时数据传输，上位机界面用Unity3D的BestHttp与SignalR协作搭建客户端，在Unity3D中完成场景对象以及控件与OPC信息流的配置，实现三维监控的虚实结合。最后，设计了一种对实训操作效果的评价方法，通过Unity3D的EventSystem的事件监听机制对虚拟环境中的操作事件监听形成队列，创建了一种基于约束集的有限状态机数学模型处理事件队列从而生成实训序列，将实训序列与评价标准对比，给出技能培训操作的评分以及用户技能的评价。

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