數(shù)字工廠虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方案

在當(dāng)今激烈的市場競爭中，制造企業(yè)已經(jīng)意識到正面臨著巨大的時間、成本、質(zhì)量等壓力。在設(shè)計部門，CAD & PDM系統(tǒng)的應(yīng)用獲得了成功。同樣，在生產(chǎn)部門，ERP等相關(guān)信息系統(tǒng)也獲得了巨大的成功，但在解決“如何制造→工藝設(shè)計”這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，大部分國內(nèi)企業(yè)還沒有實現(xiàn)有效的計算機(jī)輔助管理機(jī)制，“數(shù)字工廠”技術(shù)則是企業(yè)迎接新挑戰(zhàn)的有效手段。

“數(shù)字工廠”技術(shù)與系統(tǒng)作為新型的制造系統(tǒng)，為制造商及其供應(yīng)商提供了一個制造工藝信息平臺，使企業(yè)能夠?qū)φ麄€制造過程進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，模擬仿真和管理，并將制造信息及時地與相關(guān)部門、供應(yīng)商共享，從而實現(xiàn)虛擬制造和并行工程，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在汽車行業(yè)，數(shù)字化工廠更是發(fā)揮著重要的作用。從產(chǎn)品設(shè)計到制造開始的工作轉(zhuǎn)換是汽車開發(fā)過程中最關(guān)鍵的步驟之一，“數(shù)字化廠”規(guī)劃系統(tǒng)可以通過詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計和驗證預(yù)見所有的制造任務(wù)，在提高質(zhì)量的同時減少設(shè)計時間，從而加速產(chǎn)品開發(fā)周期；并且還可以消除浪費(fèi)，減少為了完成某項任務(wù)所需的資源數(shù)量等。此外，“數(shù)字工廠”規(guī)劃系統(tǒng)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)主機(jī)廠內(nèi)部、生產(chǎn)線供應(yīng)商、工裝夾具供應(yīng)商等的并行工程。

“數(shù)字工廠”貫穿整個工藝設(shè)計、規(guī)劃、驗證、直至車間生產(chǎn)工藝整個制造過程，在實施過程需要注意系統(tǒng)集成方面的問題，“數(shù)字工廠”不是一個獨立的系統(tǒng)，規(guī)劃時，需要與設(shè)計部門的CAD/PDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規(guī)劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數(shù)字工廠”與設(shè)計系統(tǒng)CAD/PDM和企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP的集成是必須的。同時，“數(shù)字工廠”還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃“知識”（如工時卡、焊接規(guī)范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構(gòu)架。

同時，類似于PDM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)，每個企業(yè)都有自己的流程和規(guī)范，考慮到很多人都在一個環(huán)境中協(xié)同工作（工藝工程師、設(shè)計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應(yīng)商以及生產(chǎn)工程師等），隨時會創(chuàng)建大量的數(shù)據(jù)，所以，“數(shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規(guī)范、輸出等，主要是便于使用和存取等。

系統(tǒng)的實現(xiàn)

數(shù)字工廠的實現(xiàn)
采用3D掃描器、3DMax、maya等軟硬件工具，打造三維虛擬布局平臺，如需查看更多請點擊

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)
通過Unity或者Virtools等虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字工廠的各種功能，如物流過程的仿真、裝配過程仿真。如需查看更多請點擊

同時，在系統(tǒng)上搭載虛擬現(xiàn)實三維交互設(shè)備，如動作捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套、力反饋設(shè)備等等，以實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的交互。整套系統(tǒng)以三維立體沉浸式虛擬環(huán)境取代傳統(tǒng)的二維環(huán)境，為用戶帶來逼真的立體體驗。

系統(tǒng)涉及軟硬件功能介紹

一、3D掃描器

3D掃描器(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀（幾何構(gòu)造）與外觀數(shù)據(jù)（如顏色、表面反照率等性質(zhì)）。如需查看更多請點擊。3D掃描器的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點，成本與售價也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮（高反照率）、鏡面或半透明的表面，而激光技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。目前在數(shù)字工廠搭建領(lǐng)域應(yīng)用的3D掃描器有 Creaform3D掃描器、3D Systems 3D掃描器、Polhemus 3D掃描器等（點擊查看詳細(xì)介紹）。

二、3D Max 與Maya

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三、Unity與Virtools

Unity（點擊查看詳細(xì)介紹）是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。Unity類似于Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder等如需查看更多請點擊

Virtools（點擊查看詳細(xì)介紹）是一套整合軟件，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式整合在一起，如3D的模型、2D圖形或是音效等。Virtools是一套具備豐富的互動行為模塊的實時3D環(huán)境虛擬實境編輯軟件如需查看更多請點擊

四、動作捕捉系統(tǒng)

如需查看更多請點擊目前在數(shù)字工廠虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中應(yīng)用的動作捕捉系統(tǒng)有：A.R.T.光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)、 OptiTrack 光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)及 Xsens 慣性動作捕捉系統(tǒng)（點擊查看詳細(xì)介紹）。

五、數(shù)據(jù)手套

如需查看更多請點擊。目前用于數(shù)字工廠虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)手套有5DT數(shù)據(jù)手套、Cyberglove數(shù)據(jù)手套、DGTech數(shù)據(jù)手套等（點擊查看詳細(xì)介紹）。

六、力反饋設(shè)備

如需查看更多請點擊。目前用于數(shù)字工廠虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的力反饋設(shè)備有： Geomagic 力反饋設(shè)備、 HAPTION力反饋設(shè)備（點擊查看詳細(xì)介紹）。

七、沉浸式顯示環(huán)境

三維立體顯示系統(tǒng)提供了良好的沉浸式虛擬場景。在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中用以顯示實時的虛擬現(xiàn)實仿真應(yīng)用程序，該系統(tǒng)通常主要包括專業(yè)投影顯示系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、成像裝置等三部分，在眾多的虛擬現(xiàn)實三維顯示系統(tǒng)中，單通道立體投影系統(tǒng)是一種低成本、操作簡便、占用空間較小（可選擇正投或背投）具有極好性能價格比的小型虛擬三維投影顯示系統(tǒng)，其集成的顯示系統(tǒng)使安裝、操作使用更加容易方便，被廣泛應(yīng)用于高等院校和科研院所的虛擬現(xiàn)實實驗室中。 投影系統(tǒng)是正投或背投，應(yīng)該依據(jù)展示空間面積大小與實際需要來選擇。正投系統(tǒng)更為緊湊，占用的空間更小，投影幕墻具有較好的穩(wěn)定性。背投主要適用于空間比較大，而且投影前需要講解人的場合。由于光線從另一側(cè)打在投影幕上，講解人不會擋住光線，也不會被強(qiáng)烈的光線損傷視力。

三維立體顯示系統(tǒng)還包括:桌面立體顯示系統(tǒng)，單通道三維立體投影顯示系統(tǒng)，雙通道立體投影顯示系統(tǒng)，多通道環(huán)幕投影立體顯示系統(tǒng)，CAVE三維立體顯示系統(tǒng)

應(yīng)用領(lǐng)域：

數(shù)字工廠虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用于大型生產(chǎn)型企業(yè)及其教育培訓(xùn)。