[发明专利]钢铁生产过程仿真系统

摘要

本发明公开了一种钢铁生产仿真系统集成了多种功能操作平台，采用模块化方法来组织，包括场景漫游模块、人机交互模块、生产计划输入模块、生产计划执行模块、仿真系统评价模块，构成整个系统的框架。本发明将虚拟环境技术引入钢铁生产的全过程中，建立了钢铁产线物理模型，使其在设计期间便能直观地了解到设备结构和投产后实际运行的性能和生产效率，对方案进行评价。通过仿真过程的三维图形的实时动态显示可启发设计者的思维，探索设计方案存在的问题，及时提出解决办法，从而避免设计失误，提高设计质量，缩短设计和制造周期，能有效节约设计规划成本。本发明解决了现有仿真系统画质效果差、响应速度慢、缺少人机交互、系统构建复杂的诸多问题。

主权项

一种钢铁生产过程仿真系统，其特征在于：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；整体系统的各所述控制单元具体为：所述三维模型生成子系统能根据钢铁厂的车间布置和工艺流程的需求，进行定义钢铁生产过程的仿真数据，并进行定义钢铁生产过程的动画模型，通过数据采集模块，从数据库层中将相关模块拖入到所述三维模型生成子系统中，在所述三维模型生成子系统中，并连接相关模块，编辑相关模块，建立逻辑模型，搭建钢铁生产线虚拟模型，并调用数据库层中的实例应用数据资源，利用仿真评价子系统进行仿真运行，对钢铁生产线虚拟模型进行仿真调试和数据分析，对三维模型生成子系统生成的生产线虚拟模型进行修正，直到钢铁生产线虚拟模型达到设定的标准要求为止，即完成三维模型生成，并通过人机交互子系统，输出所述三维模型生成子系统生成的三维模型的调试信息，所述三维模型生成子系统与所述人机交互子系统信号连接，所述三维模型生成子系统还能根据使用者通过人机交互子系统输入的修改请求对钢铁生产线虚拟模型进行编辑和修改，获得用户设定的虚拟环境，形成对钢铁生产的全过程进行动画模拟的模型程序；所述人机交互子系统为使用者和对应子系统之间进行信息交换建立了人机交互界面，所述人机交互子系统分别与三维模型生成子系统、场景漫游子系统和计划输入子系统信号连接，用户能通过所述人机交互子系统的控制界面下达生产计划执行命令，将指令信息发送给系统中的各个控制单元；所述场景漫游子系统与所述人机交互子系统信号连接，所述场景漫游子系统能对所述三维模型生成子系统生成的各个虚拟模型进行全方位视角的切换和缩放，支持2D俯瞰视角和3D第一人称视角的两种形式的移动，通过所述人机交互子系统，使用者能实现钢铁生产线虚拟模型的任意方位的场景漫游观察，并能通过所述人机交互子系统对漫游速率进行调节；所述计划输入子系统能进行钢铁生产和物流过程的生产计划的编制和优化，能将用户通过所述人机交互子系统手动输入钢铁生产计划数据向所述计划执行子系统输送，也能将外部服务器动态导入的钢铁生产计划数据向所述计划执行子系统输送，支持与数据库的连接，动态导入数据，并对数据文件进行预处理；所述计划执行子系统根据输入或导入的数据格式，启动并运行由所述三维模型生成子系统生成的对钢铁生产的全过程进行动画模拟的模型程序，进行动画仿真运行和流程模拟运行，解析并执行相应的钢铁生产计划，启动并运行虚幻引擎，以数据来驱动三维场景中的虚拟模型的运动，并利用虚幻引擎的蓝图可视化脚本代码以及动作系统，模拟钢铁生产过程，通过所述人机交互子系统进行动画演示钢铁生产流程。所述仿真评价子系统实时更新，并能通过人机交互子系统实时显示输出钢铁生产流程的各设备状态信息，还能根据所述计划输入子系统输入的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和比较，能分析得出钢铁生产流程优化的较佳方案和最佳方案，并能调用数据库层中的实例应用数据资源，对三维模型生成子系统生成的生产线虚拟模型进行修正，还能得出钢铁生产流程优化的建议，最终将仿真运行情况信息和仿真评价结果通过人机交互子系统进行实时显示输出，用户根据仿真评价结果对应的评价指标作出决策。