節能環保建筑材料工業生產虛擬仿真

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摘要：以新型節能環保建筑材料為研究對象，對其工業生產過程環節開展流程工序構建，基于虛擬現實技術對其進行虛擬仿真設計，從而把生產研發提高到新水平，對指導企業產品設計生產和信息化管理具有重要意義。

關鍵詞：建筑材料；工業生產；虛擬仿真

1引言

目前，為了提高產品從概念化設計到實際生產的效率，企業開始將目光轉向制造領域的新興技術。其中一種技術是虛擬仿真技術，它是仿真技術與虛擬現實（VR）技術相結合的高度逼真的人機交互技術。虛擬現實利用計算機模擬產生一個允許用戶通過電腦屏幕進入的三維空間虛擬世界，用戶可以像在真實世界中一樣觀看、移動并且與這個世界進行互動。虛擬現實背后是衍生性實體，一種與原始物體平行的鏡像，它著重于在計算機圖形學中表現現實世界，以一種不同于以往的方式表達思想并獲取信息和知識的新媒體。隨著計算機技術的發展，企業在進行產品設計和制造的過程中，虛擬仿真是一項不可或缺的工具，虛擬現實系統可以有效地做出貢獻［1］。新型節能環保建筑材料工業生產的虛擬仿真是虛擬現實技術在建筑業中的應用之一，它在減少原材料損失、節約制造經費、縮短開發周期、提高產品質量、加強環境保護等方面發揮了巨大作用。

2虛擬仿真特性

國家工業化的繁榮離不開產品制造企業的貢獻，隨著時代的進步和科技水平的發展，企業競爭加劇，滿足客戶的需求變得越來越困難。近年來，虛擬現實技術的發展［2］推動了虛擬仿真在不同工程領域的應用，如勘察、設計［3］、建模、施工、運營、管理、車間控制、過程仿真、制造計劃、培訓、測試和驗證等，為相關工程應用提供了條件。虛擬現實不僅為人們提供了一個可視化的三維環境，而且還可以與虛擬環境的對象進行交互，從定性和定量的角度改進決策［4］。虛擬現實技術在應用中展現的巨大潛力，可以幫助企業在實際生產中解決問題，從而避免因某些失誤或錯誤而付出高昂的代價。雖然很難對所有虛擬現實系統進行分類，但大多數配置可分為三大類，每一類都可以根據沉浸感或其提供的存在程度進行排名。這些類別包括非沉浸式系統、半沉浸式投影系統和完全沉浸式系統。然而，由于虛擬現實系統商業化版本的出現，形勢發生了變化，半沉浸式虛擬現實的水平實際上已經喪失。因此，虛擬現實的新劃分只能分為兩類：非沉浸式虛擬現實和完全沉浸式虛擬現實。

3虛擬仿真設計

3.1產品設計研發階段

設計研發是新型節能環保建筑材料工業生產的前提條件，其核心創意的優劣將直接影響企業客戶的選擇，應放在虛擬仿真設計的優先地位。設計研發團隊在綜合產品功能定位、使用場景、產品形態、質量要求、生產工藝、成本效益等的基礎上，利用虛擬現實仿真技術進行方便快捷的數字化模型實驗，提出具有創新實用性的設計研發方案，使新型節能環保建筑材料產品在設計研發階段即能表現出強大的綜合競爭力。在新型節能環保建筑材料新產品的概念設計階段，虛擬仿真為設計研發者提供了一個虛擬環境，產品設計研發者可以在虛擬環境中生成產品的三維草圖。在這一階段，設計研發者可以進行原料制備、澆筑、切割、養護等產品功能性試驗，以評估概念設計的可行性，并可根據需要進行修改。其中，設計研發的產品原型應該可以被清楚地定義和真實地模擬，以解決產品動態性和功能性。除此之外，虛擬場景的人機交互可以在離線的計算機上進行實時仿真。

3.2生產階段

3.2.1生產線布局虛擬仿真建立一個基于虛擬仿真技術的生產線布局虛擬仿真平臺，在實時可視化環境中進行直觀的操作。按照新型節能環保建筑材料生產廠房的實際空間情況，合理進行生產線布局。生產線布局的好壞將直接影響整個生產系統的效率，基于虛擬仿真強大的交互性，企業生產線管理人員的經驗可以在布局設計開始時就加以結構整合，有效提高生產線的優越性。根據新型節能環保建筑材料產品生產線的工序順序，安排相關生產設備的布設順序，并進行總體規劃、詳細布置和施工安裝，在直觀的用戶界面下，設計者可以實時操作設備模型和生產線布局場景。針對現有車間改造及未來新工廠建設，基于企業發展戰略進行前瞻性的工廠生產線三維虛擬仿真驗證。

3.2.2生產工藝虛擬仿真按照產品的生產加工工藝，在三維虛擬環境下重現產品的生產加工過程。在建模和虛擬仿真的基礎上研究影響產品質量、生產時間和成本等因素，縮短工藝設計周期。工藝仿真主要解決產品生產加工過程中的碰撞、干涉、運動路徑、人員操作等問題。通過對生產工藝流程的虛擬仿真，進行產品裝配和拆卸驗證，預測裝配質量、產品周期和成本，及時發現裝配過程中存在的干涉、碰撞等問題，減少無效的零件移動、無效的人員運作，提升裝配工藝過程的可操作性和效率。虛擬仿真允許工程師在零件和生產工藝上根據需要隨時調整，實際上會使企業更有效率。工程師之間的溝通越好，他們就能創造出更好的產品。無論新型節能環保建筑材料產品制造過程變得多么自動化和虛擬化，建筑材料最終都是由人類制造的。

3.2.3生產設備虛擬仿真生產線設備種類多、數量大，虛擬仿真顯示了在未來提高設備使用效率、改善設備產品質量、縮短設備交易期和降低設備成本方面的巨大前景。首先，對設備產品原型進行拆卸，以此確定設備組成所需的零部件清單及數量。其次，構建設備產品裝配流程圖，確定設備產品裝配的不同階段和不同裝配過程的順序。最后，根據設備產品裝配操作相對時間的優先關系，將不同階段和不同過程的操作聚合在一起執行。

3.2.4生產培訓虛擬仿真使用先進的虛擬現實技術，新型節能環保建筑材料產品的可視化設計研發、生產制造過程，直觀動態展現在培訓者和被培訓者面前。工人通過計算機上的沉浸式三維虛擬仿真環境，熟練掌握產品工藝生產技術和流程，培訓在真實的模擬設備中進行，包括車間的動作、場景和聲音。經過虛擬仿真培訓，參與培訓人員對生產設備的誤操作率就會降低，進而提高了設備利用率和安全生產系數，延長工廠設備的實際投產時間，這對新型節能環保建筑材料產品生產培訓至關重要。虛擬現實培訓將使工人準備得更好、效率更高，從而提高生產線的整體生產率，基于虛擬現實的培訓是十分先進的向員工傳授新型節能環保建筑材料產品制造技術和工藝的方法。

4結語

虛擬現實仿真是制造業企業測試和評估新產品和新設計的高效工具，計算機視覺、機器學習、可穿戴設備和產品數據管理的新進展使虛擬現實助力傳統產品實現和制造的智能創新發展。新型節能環保建筑材料工業生產的虛擬仿真是虛擬現實技術在建筑業中的應用之一，它能夠降低企業設計和生產成本，確保產品質量，并縮短從產品概念到生產所需的時間，提高了企業的盈利能力。虛擬現實技術被應用于解決企業生產制造的現實問題，產品設計、制造、生產流程可以在實際實施之前定義、建模和驗證，同時有效保障了工人操作設備的安全性。此外，虛擬現實為企業提供了一種新的方法，不僅可以可視化生產過程，還可以與虛擬環境交互，有效地解決實際生產問題。

參考文獻

［2］洪炳熔，蔡則速，唐好選編著.虛擬現實及其應用［M］.北京：國防工業出版社，2005.

［3］彭亞捷.道路邊坡穩定性分析及治理設計［J］.江西建材，2018（10）：90-92.

［4］嚴雋琪等著.虛擬制造的理論、技術基礎與實踐［M］.上海：上海交通大學出版社，2003.

作者：葛泉 李佳明 周榮席 單位：中國石油大學勝利學院