[发明专利]钢铁生产过程仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，特别是涉及一种可视化仿真系统，应用于数字化钢铁厂生产过程辅助控制系统技术领域。

背景技术

由于我国钢铁产能过剩，企业通过扩大经济规模而获得成本优势的途径不再可行；而钢铁行业可大幅度提高生产率、降低消耗的新技术更加难以获得。在这种情况下，取得成本优势需要钢铁企业在较稳定的市场规模下通过对生产过程的精益化管控，控制并降低生产、销售、物流各环节的成本来实现。

随着仿真技术的发展和制造业的新需求，仿真技术已经进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到制造企业的各个方面。特别在供应链管理方面，物流仿真正在成为企业提高精益生产管理水平普遍采用的技术。

然而，市场上主流的仿真展示系统普遍存在着画质效果差、响应速度慢、缺少人机交互、系统构建复杂等诸多问题。近年来，虚拟现实环境技术逐渐成为计算机图形学领域的热点研究问题，它具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特征。其在虚拟场景展示、虚拟制造中得到广泛应用，人们在日常生活中已经可以通过虚拟现实场景体验到逼真的三维视觉效果，由此对工业仿真系统的逼真性、流畅性、交互性提出了更高的要求。为了解决这一系列问题，本发明采用一种基于3D游戏引擎的解决方案，旨在建造一个交互性强、更为流畅、逼真的钢铁生产仿真系统。

Unreal引擎是世界上流行时间最久，用于开发第三方游戏最多的引擎之一。UE4(Unreal Engine 4)是EpicGames公司发布的一款基于C++的新一代开源免费的开发工具，是一套为DirectX10/11PC、Xbox One、Android等平台准备的完整游戏开发框架。具有渲染效率高、物理属性逼真、与多种三维图形软件无缝相接等优势，最初主要用于游戏开发领域，其强大的物理引擎与粒子系统，能够很好地仿真现实世界中的物理现象，使其不仅仅局限于游戏开发领域，在工业系统仿真、建筑可视化等领域也有应该很好的应用价值，但还未见到有关将其应用于钢铁生产过程管理的相关报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种钢铁生产过程仿真系统，利用虚拟仿真的技术方案，对钢铁生产过程进行可视化仿真，能对钢铁产线进行动态模拟，对用户指令等做出实时响应，使计算机能够跟踪用户的输入，及时按输入修改模拟获得的虚拟环境，使用户和模拟环境之间建立起一种实时交互性关系。使其在模型设计中就能够感受到设计的效果，根据过程评价结果能够改进模型设计，启发计划制定者，在决策过程中从系统中学习，有利于计划的重设计和深化设计。将本发明铁生产过程仿真系统应用于钢铁生产的辅助控制，提高资源管理和生产工艺的精益化管控能力，有效降低消耗，降低生产成本，可大幅度提高生产率，并通过控制并降低生产、销售、物流各环节的成本来实现保持成本优势。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种钢铁生产过程仿真系统，主要由三维模型生成子系统、人机交互子系统、场景漫游子系统、计划输入子系统、计划执行子系统和仿真评价子系统一系列控制单元组成，并形成具有数据库层、虚幻引擎服务层、应用层和表现层的4层结构的整个系统框架；

其中数据库层通过文件集合来对系统关键数据进行存储，主要包括场景数据库和业务数据库，场景数据库的元数据主要包括建模、材质和动作数据，业务数据库的元数据主要包括钢铁生产过程设备的坐标和生产信息、系统的运行逻辑数据；

虚幻引擎服务层不仅能利用三维模型生成子系统建立用户界面图形，还能解析加载输入到计划执行子系统的动态数据，利用这些数据驱动三维模型，从而实现钢铁生产车间的钢铁生产过程通过人机交互子系统进行可视化输出；

应用层主要包括人机交互子系统、场景漫游子系统、计划输入子系统和仿真评价子系统，主要实现数据的采集、数据文件的预处理、数据交互操作、2D及3D漫游导航、钢铁生产过程动画仿真表现、钢铁生产过程和设备状态信息实时呈现、钢铁生产过程仿真结果输出、根据不同的钢铁生产计划进行钢铁生产过程仿真的结果进行评价；

表现层主要包括人机交互子系统的用户界面模块和三维模型生成子系统的特效处理模块；

整体系统的各控制单元具体为：