数字工厂虚拟现实系统解决方案

在当今激烈的市场竞争中，制造企业已经意识到正面临着巨大的时间、成本、质量等压力。在设计部门，CAD & PDM系统的应用获得了成功。同样，在生产部门，ERP等相关信息系统也获得了巨大的成功，但在解决“如何制造→工艺设计”这一关键环节上，大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助管理机制，“数字工厂”技术则是企业迎接新挑战的有效手段。

“数字工厂”技术与系统作为新型的制造系统，为制造商及其供应商提供了一个制造工艺信息平台，使企业能够对整个制造过程进行设计规划，模拟仿真和管理，并将制造信息及时地与相关部门、供应商共享，从而实现虚拟制造和并行工程，保障生产的顺利进行。在汽车行业，数字化工厂更是发挥着重要的作用。从产品设计到制造开始的工作转换是汽车开发过程中最关键的步骤之一，“数字化厂”规划系统可以通过详细的规划设计和验证预见所有的制造任务，在提高质量的同时减少设计时间，从而加速产品开发周期；并且还可以消除浪费，减少为了完成某项任务所需的资源数量等。此外，“数字工厂”规划系统通过统一的数据平台，实现主机厂内部、生产线供应商、工装夹具供应商等的并行工程。

“数字工厂”贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，在实施过程需要注意系统集成方面的问题，“数字工厂”不是一个独立的系统，规划时，需要与设计部门的CAD/PDM系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况。所以，“数字工厂”与设计系统CAD/PDM和企业资源管理系统ERP的集成是必须的。同时，“数字工厂”还有必要把企业已有的规划“知识”（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是PLM构架。

同时，类似于PDM系统和ERP系统，每个企业都有自己的流程和规范，考虑到很多人都在一个环境中协同工作（工艺工程师、设计工程师、零件和工具制造者、外包商、供应商以及生产工程师等），随时会创建大量的数据，所以，“数字化工厂”规划系统也存在客户化定制的要求，如操作界面、流程规范、输出等，主要是便于使用和存取等。

系统的实现

数字工厂的实现
采用3D扫描器、3DMax、maya等软硬件工具，打造三维虚拟布局平台，如需查看更多请点击

虚拟现实系统的实现
通过Unity或者Virtools等虚拟现实开发平台进行设计，实现数字工厂的各种功能，如物流过程的仿真、装配过程仿真。如需查看更多请点击

同时，在系统上搭载虚拟现实三维交互设备，如动作捕捉系统、数据手套、力反馈设备等等，以实现人与虚拟环境的交互。整套系统以三维立体沉浸式虚拟环境取代传统的二维环境，为用户带来逼真的立体体验。

系统涉及软硬件功能介绍

一、3D扫描器

3D扫描器(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。如需查看更多请点击。3D扫描器的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。目前并无一体通用之重建技术，仪器与方法往往受限于物体的表面特性。例如光学技术不易处理闪亮（高反照率）、镜面或半透明的表面，而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。目前在数字工厂搭建领域应用的3D扫描器有 Creaform3D扫描器、3D Systems 3D扫描器、Polhemus 3D扫描器等（点击查看详细介绍）。

二、3D Max 与Maya

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三、Unity与Virtools

Unity（点击查看详细介绍）是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder等如需查看更多请点击

Virtools（点击查看详细介绍）是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。Virtools是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件如需查看更多请点击

四、动作捕捉系统

如需查看更多请点击目前在数字工厂虚拟现实系统中应用的动作捕捉系统有：A.R.T.光学动作捕捉系统、 OptiTrack 光学动作捕捉系统及 Xsens 惯性动作捕捉系统（点击查看详细介绍）。

五、数据手套

如需查看更多请点击。目前用于数字工厂虚拟现实系统中的数据手套有5DT数据手套、Cyberglove数据手套、DGTech数据手套等（点击查看详细介绍）。

六、力反馈设备

如需查看更多请点击。目前用于数字工厂虚拟现实系统中的力反馈设备有： Geomagic 力反馈设备、 HAPTION力反馈设备（点击查看详细介绍）。

七、沉浸式显示环境

三维立体显示系统提供了良好的沉浸式虚拟场景。在虚拟现实应用中用以显示实时的虚拟现实仿真应用程序，该系统通常主要包括专业投影显示系统、悬挂系统、成像装置等三部分，在众多的虚拟现实三维显示系统中，单通道立体投影系统是一种低成本、操作简便、占用空间较小（可选择正投或背投）具有极好性能价格比的小型虚拟三维投影显示系统，其集成的显示系统使安装、操作使用更加容易方便，被广泛应用于高等院校和科研院所的虚拟现实实验室中。 投影系统是正投或背投，应该依据展示空间面积大小与实际需要来选择。正投系统更为紧凑，占用的空间更小，投影幕墙具有较好的稳定性。背投主要适用于空间比较大，而且投影前需要讲解人的场合。由于光线从另一侧打在投影幕上，讲解人不会挡住光线，也不会被强烈的光线损伤视力。

三维立体显示系统还包括:桌面立体显示系统，单通道三维立体投影显示系统，双通道立体投影显示系统，多通道环幕投影立体显示系统，CAVE三维立体显示系统

应用领域：

数字工厂虚拟现实系统应用于大型生产型企业及其教育培训。