數字工廠虛擬現實系統解決方案

在當今激烈的市場競爭中，制造企業已經意識到正面臨著巨大的時間、成本、質量等壓力。在設計部門，CAD & PDM系統的應用獲得了成功。同樣，在生產部門，ERP等相關信息系統也獲得了巨大的成功，但在解決“如何制造→工藝設計”這一關鍵環節上，大部分國內企業還沒有實現有效的計算機輔助管理機制，“數字工廠”技術則是企業迎接新挑戰的有效手段。

“數字工廠”技術與系統作為新型的制造系統，為制造商及其供應商提供了一個制造工藝信息平臺，使企業能夠對整個制造過程進行設計規劃，模擬仿真和管理，并將制造信息及時地與相關部門、供應商共享，從而實現虛擬制造和并行工程，保障生產的順利進行。在汽車行業，數字化工廠更是發揮著重要的作用。從產品設計到制造開始的工作轉換是汽車開發過程中最關鍵的步驟之一，“數字化廠”規劃系統可以通過詳細的規劃設計和驗證預見所有的制造任務，在提高質量的同時減少設計時間，從而加速產品開發周期；并且還可以消除浪費，減少為了完成某項任務所需的資源數量等。此外，“數字工廠”規劃系統通過統一的數據平臺，實現主機廠內部、生產線供應商、工裝夾具供應商等的并行工程。

“數字工廠”貫穿整個工藝設計、規劃、驗證、直至車間生產工藝整個制造過程，在實施過程需要注意系統集成方面的問題，“數字工廠”不是一個獨立的系統，規劃時，需要與設計部門的CAD/PDM系統進行數據交換，并對設計產品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數字工廠”與設計系統CAD/PDM和企業資源管理系統ERP的集成是必須的。同時，“數字工廠”還有必要把企業已有的規劃“知識”（如工時卡、焊接規范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構架。

同時，類似于PDM系統和ERP系統，每個企業都有自己的流程和規范，考慮到很多人都在一個環境中協同工作（工藝工程師、設計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應商以及生產工程師等），隨時會創建大量的數據，所以，“數字化工廠”規劃系統也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規范、輸出等，主要是便于使用和存取等。

系統的實現

數字工廠的實現
采用3D掃描器、3DMax、maya等軟硬件工具，打造三維虛擬布局平臺，如需查看更多請點擊

虛擬現實系統的實現
通過Unity或者Virtools等虛擬現實開發平臺進行設計，實現數字工廠的各種功能，如物流過程的仿真、裝配過程仿真。如需查看更多請點擊

同時，在系統上搭載虛擬現實三維交互設備，如動作捕捉系統、數據手套、力反饋設備等等，以實現人與虛擬環境的交互。整套系統以三維立體沉浸式虛擬環境取代傳統的二維環境，為用戶帶來逼真的立體體驗。

系統涉及軟硬件功能介紹

一、3D掃描器

3D掃描器(3D scanner) 是一種科學儀器，用來偵測并分析現實世界中物體或環境的形狀（幾何構造）與外觀數據（如顏色、表面反照率等性質）。如需查看更多請點擊。3D掃描器的制作并非仰賴單一技術，各種不同的重建技術都有其優缺點，成本與售價也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學技術不易處理閃亮（高反照率）、鏡面或半透明的表面，而激光技術不適用于脆弱或易變質的表面。目前在數字工廠搭建領域應用的3D掃描器有 Creaform3D掃描器、3D Systems 3D掃描器、Polhemus 3D掃描器等（點擊查看詳細介紹）。

二、3D Max 與Maya

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三、Unity與Virtools

Unity（點擊查看詳細介紹）是由Unity Technologies開發的一個讓玩家輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內容的多平臺的綜合型游戲開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎。Unity類似于Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder等如需查看更多請點擊

Virtools（點擊查看詳細介紹）是一套整合軟件，可以將現有常用的檔案格式整合在一起，如3D的模型、2D圖形或是音效等。Virtools是一套具備豐富的互動行為模塊的實時3D環境虛擬實境編輯軟件如需查看更多請點擊

四、動作捕捉系統

如需查看更多請點擊目前在數字工廠虛擬現實系統中應用的動作捕捉系統有：A.R.T.光學動作捕捉系統、 OptiTrack 光學動作捕捉系統及 Xsens 慣性動作捕捉系統（點擊查看詳細介紹）。

五、數據手套

如需查看更多請點擊。目前用于數字工廠虛擬現實系統中的數據手套有5DT數據手套、Cyberglove數據手套、DGTech數據手套等（點擊查看詳細介紹）。

六、力反饋設備

如需查看更多請點擊。目前用于數字工廠虛擬現實系統中的力反饋設備有： Geomagic 力反饋設備、 HAPTION力反饋設備（點擊查看詳細介紹）。

七、沉浸式顯示環境

三維立體顯示系統提供了良好的沉浸式虛擬場景。在虛擬現實應用中用以顯示實時的虛擬現實仿真應用程序，該系統通常主要包括專業投影顯示系統、懸掛系統、成像裝置等三部分，在眾多的虛擬現實三維顯示系統中，單通道立體投影系統是一種低成本、操作簡便、占用空間較小（可選擇正投或背投）具有極好性能價格比的小型虛擬三維投影顯示系統，其集成的顯示系統使安裝、操作使用更加容易方便，被廣泛應用于高等院校和科研院所的虛擬現實實驗室中。 投影系統是正投或背投，應該依據展示空間面積大小與實際需要來選擇。正投系統更為緊湊，占用的空間更小，投影幕墻具有較好的穩定性。背投主要適用于空間比較大，而且投影前需要講解人的場合。由于光線從另一側打在投影幕上，講解人不會擋住光線，也不會被強烈的光線損傷視力。

三維立體顯示系統還包括:桌面立體顯示系統，單通道三維立體投影顯示系統，雙通道立體投影顯示系統，多通道環幕投影立體顯示系統，CAVE三維立體顯示系統

應用領域：

數字工廠虛擬現實系統應用于大型生產型企業及其教育培訓。