01項目簡介

中車株洲電機有限公司是中國中車旗下牽引電機、變壓器專業(yè)化研制企業(yè)。2010年，升格為原中國南車全資一級子公司。經(jīng)過十年的發(fā)展，公司實現(xiàn)了快速的發(fā)展，銷售規(guī)模從2004年不足4億元增長至2015年65億元，復(fù)合增長率達到30%。根據(jù)中車株洲電機有限公司的規(guī)劃，株洲電機廠為數(shù)字化工廠，是未來集團內(nèi)部以至整個行業(yè)內(nèi)的標(biāo)桿企業(yè)。

北京和遠科技公司根據(jù)前期和用戶的需求調(diào)研分析，我們認(rèn)為株洲電機應(yīng)該建設(shè)一個三維分析與虛擬裝配實驗室。

三維分析與虛擬裝配實驗室主要利用以仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實為基礎(chǔ)的虛擬制造技術(shù)，用于電機和變壓器專業(yè)產(chǎn)線虛擬仿真設(shè)計和虛擬現(xiàn)實交互，對產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、加工和裝配、檢驗等過程的模擬和仿真，以此來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和制造流程，優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃，達到產(chǎn)品開發(fā)周期和成，從而形成企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢。

02建設(shè)目標(biāo)

針對株洲電機的項目需求分析，三維分析與虛擬裝配實驗室的建設(shè)目標(biāo)可分為二個部分：建立電機和變壓器專業(yè)生產(chǎn)線和物流虛擬仿真系統(tǒng)。在產(chǎn)線投產(chǎn)前進行電機和變壓器生產(chǎn)線仿真、物流仿真等。建立虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)。通過虛擬現(xiàn)實軟硬件平臺的搭建，一方面可以實現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下可交互的產(chǎn)線漫游、瀏覽、檢查，以及仿真動畫的播放。同時也將作為數(shù)字化工廠的運行監(jiān)控平臺。

03設(shè)計依據(jù)

• 先進性原則：系統(tǒng)構(gòu)成必須采用成熟、具有國內(nèi)外先進水平，并符合發(fā)展趨勢的技術(shù)、軟件產(chǎn)品和設(shè)別。以保證系統(tǒng)具有較長的生命力和擴展能力。保證先進性的同時還要保證技術(shù)的穩(wěn)定、安全性。

• 開放性原則:采用主流、成熟的體系架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以和其他系統(tǒng)兼用。

• 易用性原則:系統(tǒng)應(yīng)易于使用，降低使用難度，為系統(tǒng)在客戶處的普及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

• 集成性原則:各個設(shè)備集成在一起，協(xié)同工作，作為一個系統(tǒng)對外提供服務(wù)。

• 擴充性原則:系統(tǒng)設(shè)計要考慮到業(yè)務(wù)未來發(fā)展的需要，盡可能設(shè)計得簡明，降低各功能模塊的耦合度，并充分考慮兼容性。

04系統(tǒng)總體架構(gòu)

實驗室建設(shè)主要由軟件和硬件兩部分組成，根據(jù)建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容，三維分析與虛擬裝配實驗室的系統(tǒng)總體架構(gòu)如下：

軟件系統(tǒng)分為2個子系統(tǒng)：生產(chǎn)線虛擬仿真系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實可視化交互系統(tǒng)。

硬件系統(tǒng)通常分為5個子系統(tǒng)，立體顯示系統(tǒng)、交互系統(tǒng)、工作站集群、音響系統(tǒng)、和中控系統(tǒng)。

1.軟件系統(tǒng)

生產(chǎn)線虛擬仿真軟件及物流仿真軟件

生產(chǎn)線虛擬仿真軟件及物流仿真軟件選用美國應(yīng)用材料公司的AutoMod軟件產(chǎn)品，目前AutoMod軟件在生產(chǎn)線與物流仿真方面服務(wù)的領(lǐng)域包括：倉儲配送、汽車及機械產(chǎn)品制造、電子產(chǎn)品制造、航空港口等高科技領(lǐng)域。

三維模型的建立方式上，可以使用內(nèi)置模版快速構(gòu)建模型，也可以導(dǎo)入CAD軟件制作的三維模型。這樣不論客戶在工藝、制造環(huán)節(jié)的三維應(yīng)用水平如何，都可以通過AutoMod快速構(gòu)建出用于仿真的三維生產(chǎn)線

1．? 直接采用輕量化模型，模型運行速度快，能夠幫助收集更多的數(shù)據(jù)，并且能夠準(zhǔn)確真實的反映實際的情況。

2．? 有大量的模型庫供選擇，操作選用簡單。

3．? 提供非常好的隨機數(shù)發(fā)生器，更加真實模擬實際生產(chǎn)狀況；并且能夠根據(jù)使用者的需要提供完善的數(shù)據(jù)分析，避免了重復(fù)勞動。

4．? 軟件操作簡便，編程邏輯和自然邏輯一致，便于理解，編程語言簡單。幫助文檔完善，能夠讓操作者迅速入門并提高，并有非常好的客戶服務(wù)以及技術(shù)支持。

5．? 提供多種統(tǒng)計圖表，提供包含多種統(tǒng)計方法的統(tǒng)計模塊，滿足不同類別仿真的需要，這些統(tǒng)計方法包括：預(yù)熱分析、單變量分析、多變量分析、單場景分析、優(yōu)化分析、敏感度分析、正交分析。

6．運行控制及視頻采集方便，用戶可以在模型運行的過程中實時采集統(tǒng)計數(shù)據(jù)。仿真運行動畫為3D ，通過TechViz可以無需進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就將運行動畫以立體方式顯示在硬件環(huán)境中

7．能將仿真動畫轉(zhuǎn)變?yōu)锳VI或者MPEG等大眾化軟件可以播放的格式，通過設(shè)定仿真運行步長控制運行速度，在模型運行過程中通過不同的視角觀察其運行情況。而且AVI標(biāo)準(zhǔn)的電影格式使用單幀捕獲的方式制作。這樣大的模型也可以在動畫中流暢地顯示。

沉浸式虛擬現(xiàn)實可視化交互軟件?

沉浸式虛擬現(xiàn)實可視化交互軟件選用Techviz軟件，通過TechViz軟件，株洲電機的工程及工藝人員無需進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，就可將現(xiàn)有的UG設(shè)計的三維產(chǎn)品、設(shè)備、工裝模型，以及本次項目涉及的生產(chǎn)線及物流仿真軟件AutoMod里建立的三維數(shù)字產(chǎn)線和模擬動畫等，直接轉(zhuǎn)換成立體信號，在單通道大屏環(huán)境下顯示。而工程及工藝人員也可佩帶3D眼鏡，通過Flystick手柄進行場景的漫游、瀏覽等操作。

TechViz是3D虛擬現(xiàn)實可視化軟件。結(jié)合株洲電機本次項目的需求和挑戰(zhàn)，是比較適合本次項目虛擬現(xiàn)實可視化交互軟件。

TechViz軟件的特點和優(yōu)勢主要有：

1.無需進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，立即可用。

區(qū)別于市場上的其他“導(dǎo)入式”虛擬現(xiàn)實可視化軟件，TechViz的一大特點是不需要進行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換，用戶使用原生的CAD工具或仿真軟件，就可直接通過TechViz進行立體顯示和工程評審，這一特點對株洲電機用戶的實際意義在于：

a)無需進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，大大節(jié)省了設(shè)計→評審的迭代時間，工程師對產(chǎn)品、對仿真環(huán)境的修改都可以立即通過TechViz體現(xiàn)在虛擬環(huán)境中，沒有增加任何額外的工作量。而是否給工程、工藝人員帶來額外的工作量，往往是虛擬現(xiàn)實評審環(huán)境在產(chǎn)品研制流程中是否能真正得到應(yīng)用的關(guān)鍵。

b)株洲電機本項目在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下除了瀏覽三維數(shù)字工廠、產(chǎn)線外，更重要的是要對產(chǎn)線仿真、物流仿真動畫，及生產(chǎn)設(shè)備、物料等的運動作進行虛擬現(xiàn)實方式的評審。而這類運動和動畫是沒法“導(dǎo)入”到其它軟件的，只有TechViz這種直接顯示的方式才能滿足此需求。而其它“導(dǎo)入式”軟件只能將產(chǎn)品模型導(dǎo)入后再重新制作一遍動畫。

c)? ? ? ? 無需進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，保證了通過TechViz進行查看的數(shù)據(jù)沒有失真，和工程數(shù)據(jù)保持一致。不會像其它需要輕量化的軟件一樣在數(shù)據(jù)優(yōu)化的過程中造成數(shù)據(jù)丟失或錯誤。

2. 大數(shù)據(jù)的顯示性能優(yōu)越。

株洲電機的生產(chǎn)工廠是由一、二十個面積在幾百到幾千平米的車間構(gòu)成的，總生產(chǎn)面積達到了數(shù)萬平米。針對這樣一個數(shù)據(jù)規(guī)模，傳統(tǒng)的輕量化手段由于需要在數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)大小間尋求平衡，因此往往在大數(shù)據(jù)處理和顯示性能上存在瓶頸。而TechViz直接讀取顯卡的數(shù)據(jù)進行顯示，充分保證和原始數(shù)據(jù)的一致性和顯示性能。

3. 軟件兼容性高、擴展性好。

體現(xiàn)在兩個方面，一是TechViz支持的3D軟件超過200種，不需要針對不同的軟件都額外購買相關(guān)的數(shù)據(jù)接口，總成本優(yōu)勢明顯。二是功能模塊擴展比較方便，像株洲電機本階段項目實際上只需要用到基本的瀏覽和DMU樣機評審模塊，如果后續(xù)需要協(xié)同、融合等模塊，功能也可以很方便的擴展、增加。

2.硬件系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實的硬件系統(tǒng)通常分為5個子系統(tǒng)，立體顯示系統(tǒng)、交互系統(tǒng)、工作站集群、音響系統(tǒng)、和中控系統(tǒng)。

立體顯示系統(tǒng)采用美國科視激光投影機和威賽尼光學(xué)背投樹脂幕，實現(xiàn)單通道立體虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)建設(shè)。

交互系統(tǒng)，采用德國工業(yè)級產(chǎn)品動捕設(shè)備ART，用于虛擬場景的實時三維交互控制；用于產(chǎn)品的三維模型創(chuàng)建。

工作站集群，圖形計算管理采用美國HP高性能圖形工作站，用以支撐軟件平臺和數(shù)據(jù)模型實時計算。

音響擴聲系統(tǒng)可播放虛擬世界的聲音信號，也可為現(xiàn)場的會議交流提供擴聲服務(wù)。

中控系統(tǒng)，CTR-PM8是一款專為多媒體系統(tǒng)的整合管控而研制的集成控制主機整體解決方案。

05影響和價值

株洲電機公司憑借自身優(yōu)勢，通過北京和遠科技為中車株洲電機有限公司建立的三維分析與虛擬裝配實驗室，有效的激活了工廠的靜態(tài)數(shù)據(jù)，滿足了基于實際生產(chǎn)動態(tài)變化進行的成本、風(fēng)險分析，結(jié)合規(guī)劃工具來輔助方案規(guī)劃設(shè)計。

通過模擬仿真，接近實際生產(chǎn)狀態(tài)，并且根據(jù)未來需求變化，更改仿真模型參數(shù)對多個方案從成本、運作效率等多個維度進行風(fēng)險識別，以提升規(guī)劃方案的實際效果。并且實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實環(huán)境下除了瀏覽三維數(shù)字工廠、產(chǎn)線外，更重要的是要對產(chǎn)線仿真、物流仿真動畫，及生產(chǎn)設(shè)備、物料等動作進行虛擬現(xiàn)實方式的評審，設(shè)計、研究、分析、審核、評估或修改等。

達到產(chǎn)品開發(fā)周期，從而形成企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢，成為未來集團內(nèi)部以至整個行業(yè)內(nèi)的標(biāo)桿企業(yè)。