一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法及系统，包括收集断路器装配生产线的相关信息，并导入预设的模型软件中，构建断路器装配生产线的物理模型，且进一步确定断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息；根据断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息，基于Petri网络设计出断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；将逻辑模型引入unity3d场景，实现断路器装配生产线的虚拟运动。实施本发明专利技术，基于时间Petri网建模和虚拟仿真技术相结合，对断路器装配生产线的制造过程行为进行分析和精炼，所得结论为流水线的设计与控制提供重要参考。

A method and system for virtual simulation of circuit breaker assembly line

The invention provides a method and system for virtual simulation of circuit breaker assembly line, including collecting relevant information of circuit breaker assembly line, importing it into preset model software, constructing the physical model of circuit breaker assembly line, and further determining each mechanical assembly equipment in the circuit breaker assembly line. According to the physical model of the circuit breaker assembly line and the motion information of the corresponding mechanical equipment at each moment, the logic model of the mechanical assembly equipment in the circuit breaker assembly line is designed based on Petri net, and the logic model is introduced into the unity3d scene to realize the circuit breaker assembly. Matching the virtual movement of the production line. Based on the combination of time Petri net modeling and virtual simulation technology, the manufacturing process behavior of circuit breaker assembly line is analyzed and refined. The conclusions obtained provide an important reference for the design and control of assembly line.

【技术实现步骤摘要】
一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法及系统
本专利技术涉及断路器
，尤其涉及一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法及系统。
技术介绍
小型断路器是配电网中的重要电气设备，其可靠性对于电网稳定安全运行意义重大。小型断路器日产量巨大，其装配工艺和制造流程十分复杂，传统的以手工生产为主的制造方式，严重制约了产品性能和效率的提升，研究和开发以自动化、数字化为主要特征的新型断路器集成化制造系统，对于提升产品性能及其整体生产效率具有重要意义。然而，这一问题的解决，面临两方面的难题。首先是制造系统的工艺布局与方案设计问题，方案的制定直接决定了系统未来的效率与性能，如何确立最佳的规划布局，是系统研究过程中需要解决的首要问题。其次，断路器数字化制造系统以流水线作为其生产组织形式，在流水线中，断路器零部件按照一定的速度、有序的经过各个工作节点，并依次进行装配和检测动作，直至装配完成。由于零部件众多，制造工艺复杂，装配过程涉及硬件设备、装配对象、零部件约束装配序列等复杂因素，流程复杂，逻辑关系繁多，所导致的生产节拍调整和时间控制问题是需要解决的第二个难题。时间Petri网建模以及基于该模型的虚拟现实技术，可以为解决上述问题提供有效手段。通过Petri网对流水线行为特征和变迁规律建模，借助抽象的逻辑建模方法，可以在理论层面准确描述系统行为特征，进而对制造过程行为分析和精炼，所得结论可以为流水线的设计与控制提供重要参考。断路器的装配制造过程可以等效为动态异步并发型的离散事件系统，由于涉及时间序列和多节拍匹配问题，其在时间和空间上均是离散的。Petri网建模是一种描述该系统的有效方法，其在车间调度、交通控制、供应链仿真等离散事件系统中得到广泛应用。通过Petri网建模，可以清晰描述系统内部的并发冲突及相互作用。现有的文献主要研究在Petri网中加入时间等元素，建立基于时间Petri网模型，对特定的制造系统/生产线进行优化或调度控制。然而，这些方法仅局限于对模型和工艺的研究与讨论，缺乏后续的仿真验证，没有将模型计算结果进行形象化地对比和展示，同时缺乏交互性，即便通过商业软件对Petri模型进行仿真，给出不同工艺设计对于制造过程的影响，可是商业化的仿真软件仅可以为特定对象提供数值化的反馈结果，研究者只能通过在固定化的开发接口上获取需要的信息，同样缺乏交互性。由此可见，有必要将时间Petri网模型与虚拟现实技术结合，开发沉浸式的虚拟现实仿真平台，对于制造系统的设计、工艺布局和优化意义显著。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法及系统，基于时间Petri网建模和虚拟仿真技术相结合，对断路器装配生产线的制造过程行为进行分析和精炼，所得结论为流水线的设计与控制提供重要参考。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法，所述方法包括：步骤S1、收集断路器装配生产线的相关信息，并将所述收集到的相关信息导入预设的模型软件中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，且进一步确定所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息；步骤S2、根据所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；步骤S3、将所述逻辑模型引入unity3d场景，实现所述断路器装配生产线的虚拟运动。其中，所述步骤S1具体包括：收集所述断路器装配生产线的相关信息，所述断路器装配生产线的相关信息包括每道生产工序及其分别对应的机械装配设备形状和所对应各机械装配设备在各个时刻上运动位置坐标值和运动轨迹；将所述收集到的断路器装配生产线的相关信息导入软件SolidWorks及3dmax中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，并在3dmax中对所述断路器装配生产线中各生产工序的各机械装配设备的运动状态进行分析，得到各机械装配设备各个时刻上的运动姿态，且进一步求解出各机械装配设备各个时刻上运动状态的关系、运动位置坐标值和运动距离后作为所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息。其中，所述步骤S2具体包括：确定时间节拍约束，将所述断路器装配生产线的生产工序划分成等时间段的多个等数量生产的生产工序来分别作为时间节拍；对所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息进行区分，确定所述断路器装配生产线中各机械装配设备的行为相互关系，并进一步根据所述时间节拍以及所述断路器装配生产线中各机械装配设备的行为相互关系，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；其中，所述逻辑模型为分级设置的Petri网络模型。其中，所述步骤S3具体包括：将所述逻辑模型引入unity3d场景，并根据所述逻辑模型中分级设置的Petri网络进行分组和分级链接来实现所述断路器装配生产线的虚拟运动。本专利技术实施例还提供了一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的系统，所述系统包括：物理模型构建单元，用于收集断路器装配生产线的相关信息，并将所述收集到的相关信息导入预设的模型软件中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，且进一步确定所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息；逻辑模型构建单元，用于根据所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；虚拟仿真单元，用于将所述逻辑模型引入unity3d场景，实现所述断路器装配生产线的虚拟运动。其中，所述物理模型构建单元包括：信息收集模块，用于收集所述断路器装配生产线的相关信息，所述断路器装配生产线的相关信息包括每道生产工序及其分别对应的机械装配设备形状和所对应各机械装配设备在各个时刻上运动位置坐标值和运动轨迹；物理模型构建模块，用于将所述收集到的断路器装配生产线的相关信息导入软件SolidWorks及3dmax中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，并在3dmax中对所述断路器装配生产线中各生产工序的各机械装配设备的运动状态进行分析，得到各机械装配设备各个时刻上的运动姿态，且进一步求解出各机械装配设备各个时刻上运动状态的关系、运动位置坐标值和运动距离后作为所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息。其中，所述逻辑模型构建单元包括：节拍确定模块，用于确定时间节拍约束，将所述断路器装配生产线的生产工序划分成等时间段的多个等数量生产的生产工序来分别作为时间节拍；逻辑模型分级构建模块，用于对所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息进行区分，确定所述断路器装配生产线中各机械装配设备的行为相互关系，并进一步根据所述时间节拍以及所述断路器装配生产线中各机械装配设备的行为相互关系，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；其中，所述逻辑模型为分级设置的Petri网络模型。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：在本专利技术实施例中，由于基于时间Petri网建模，并将基于时间Petri网建模引入unity3d场景来模拟断路器装配生产线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、收集断路器装配生产线的相关信息，并将所述收集到的相关信息导入预设的模型软件中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，且进一步确定所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息；步骤S2、根据所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；步骤S3、将所述逻辑模型引入unity3d场景，实现所述断路器装配生产线的虚拟运动。

【技术特征摘要】
1.一种对断路器装配生产线进行虚拟仿真的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、收集断路器装配生产线的相关信息，并将所述收集到的相关信息导入预设的模型软件中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，且进一步确定所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息；步骤S2、根据所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；步骤S3、将所述逻辑模型引入unity3d场景，实现所述断路器装配生产线的虚拟运动。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：收集所述断路器装配生产线的相关信息，所述断路器装配生产线的相关信息包括每道生产工序及其分别对应的机械装配设备形状和所对应各机械装配设备在各个时刻上运动位置坐标值和运动轨迹；将所述收集到的断路器装配生产线的相关信息导入软件SolidWorks及3dmax中，构建所述断路器装配生产线的物理模型，并在3dmax中对所述断路器装配生产线中各生产工序的各机械装配设备的运动状态进行分析，得到各机械装配设备各个时刻上的运动姿态，且进一步求解出各机械装配设备各个时刻上运动状态的关系、运动位置坐标值和运动距离后作为所述断路器装配生产线上各机械装配设备在各个时刻上的运动状态信息。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：确定时间节拍约束，将所述断路器装配生产线的生产工序划分成等时间段的多个等数量生产的生产工序来分别设计时间节拍；对所述断路器装配生产线的物理模型及其对应各机械设备在各个时刻上的运动状态信息进行区分，确定所述断路器装配生产线中各机械装配设备的行为相互关系，并进一步根据所述时间节拍以及所述断路器装配生产线中各机械装配设备的行为相互关系，基于Petri网络设计出所述断路器装配生产线中各机械装配设备的逻辑模型；其中，所述逻辑模型为分级设置的Petri网络模型。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：将所述逻辑模型引入unity3d场景，并根据所述逻辑模型中分级设置的Petri网络进行分组和分级链接...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒亮，杨艳芳，杨秒，吴自然，陈威，吴桂初，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33