一种水泥熟料加工用仿真建模方法

技术领域

本发明涉及水泥熟料加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种水泥熟料加工用仿真建模方法。

背景技术

水泥熟料是指以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品，在水泥工业中，最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁，主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后，即成硅酸盐水泥，在水泥熟料的加工过程中，往往需要工作人员进行操作，在培训中，由于参与设备较多，如果采用实物进行培训，不仅会对正常加工工作造成影响，而且由于一些新员工的操作失误，可能会对设备或者员工本身造成伤害，而现有技术中的模拟仿真教学虽然操作比较方便，较为安全，但是不够直观，难以让新员工直观的了解到具体的操作内容与真实情况，而且在模拟仿真的过程中由于工作量较大，需要多人分工合作实施，采用目前通行的三维建模方法，由于每个人的操作习惯不一样，技术水平参差不齐，不同人员分块完成的三维模型在最后做统一归总整合时，经常会出现模型不兼容、不统一且联动场景无法实现等问题，导致大量返工，造成不必要的工作量浪费，因此，研究一种新的水泥熟料加工用仿真建模方法来解决上述问题具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种水泥熟料加工用仿真建模方法，本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的模拟仿真教学虽然操作比较方便，较为安全，但是不够直观，难以让新员工直观的了解到具体的操作内容与真实情况，而且在模拟仿真的过程中由于工作量较大，需要多人分工合作实施，采用目前通行的三维建模方法，由于每个人的操作习惯不一样，技术水平参差不齐，不同人员分块完成的三维模型在最后做统一归总整合时，经常会出现模型不兼容、不统一且联动场景无法实现等问题，导致大量返工，造成不必要的工作量浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水泥熟料加工用仿真建模方法，所述仿真建模方法包括以下步骤：

S1、数据采集：

对水泥熟料加工的实景进行全景拍摄，采集素材，同时梳理水泥熟料加工流程，将水泥熟料加工过程中的每一个设备映射成一个节点，并确定每个节点的加工范围以及生产参数，建立包括多个节点的加工结构树模型，并将结构树模型以最小细分单元细分出对应的加工工艺节点，保证生产设备在确定的参数范围内使用，同时对水泥熟料加工过程中的各项数据进行采集，并根据采集数据内容建立加工过程中节点内与各节点之间的业务逻辑，同时采集并储存水泥熟料加工的历史生产数据。

S2、数据处理与建模：

基于所述各设备的设计参数和最小细分节点建立加工仿真流程图，并建立各个细分节点的逻辑关系，设置用于水泥熟料加工模型的主服务器，设置三个及以上的操作端，各操作端的PC机通过局域网或互联网与主服务器通信，在虚拟空间构建一布置区，并获取该布置区的轮廓参数，并根据布置区的轮廓参数对布置区分割为若干个建模区，并将若干个建模区分别划分给若干个操作端，然后在主服务器内置入水泥熟料加工过程中各类设备的硬件模块，然后获取水泥熟料加工过程中各类设备的硬件模块，根据全部的所述硬件模块通过操作端在VR场景下分别建立水泥熟料加工用离散型仿真设备模型，并确定设备模型的设备名称和设备位置，然后根据各设备之间的逻辑关系在VR场景下将各建模人员分块完成的三维模型进行整合，对各设备之间进行连接，使得模型与真实场景完全相同，得到水泥熟料加工的三维场景与设备模型，并在模型内设置不同位置的安全隐患触发点，生成加工车间的三维影像并通过显示设备进行显示。

S3、仿真运行与修正：

通过模型运行数据与水泥厂的真实运行生产数据对模型准确度进行测量，将模型运行时产生的运行数据与实际运行数据之间进行比较，若存在较大误差，则通过神经网络对数据进行修正处理，直到连续多组数据均不存在较大误差，结束修正。

S4、模型的连接：

将建立的水泥熟料加工模型利用UE4虚幻引擎平台进行VR的制作，在虚拟现实开发引擎内添加对应的模型材质信息，使三维影像更加贴近现实，并在虚拟场景内添加讲解文字以及触发音效，同时实现局域网内多人同步在线功能，使多个学习人员在VR场景内能看到彼此的虚拟人物。

作为本发明的进一步方案：所述S1中采集内容包括但不限于水泥熟料加工的各种原材料、原材料的配比，各原材料的粒径大小、原材料的移动路径、各设备的功能类型、各设备的设计参数及各设备的动态作业数据。

作为本发明的进一步方案：所述S2中每个操作端设有作为访问和操作端口的PC机以及用于PC机处于VR界面下操作的左手手柄、右手手柄和VR头盔。

作为本发明的进一步方案：所述S2的建模过程中各建模工作人员戴上VR头盔，左右手分别手持左手手柄和右手手柄，在操作端利用PC机的显示屏、左手手柄、右手手柄和VR头盔实施建模操作。

作为本发明的进一步方案：所述S2的建模过程中，各建模工作人员利用VR头盔相互作业可见且各建模工作人员通过VR头盔看到的VR环境下的模型与真实场景原型视觉比例为1:1。

作为本发明的进一步方案：所述S2的模型精度至少为LOD300及以上。

作为本发明的进一步方案：所述安全隐患触发点为加工现场实际存在危险的地方，在危险触发之后进行警报，并播放危险触发后果视频，所述安全隐患触发点随着加工工作的完善一月更新一次。

作为本发明的进一步方案：所述UE4平台包括前端场景设计和编程两部分，编程主要分蓝图和C++语言两部分，安全体验人员在VR场景内头戴VR眼镜，通过手柄操作，实现移动、命令选择功能，同时实现局域网内多人同步在线功能，可一同体验VR效果。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过对水泥熟料加工的过程进行全方位的数据采集，并根据采集数据内容建立加工过程中节点内与各节点之间的业务逻辑，同时采集并储存水泥熟料加工的历史生产数据，然后通过在VR场景下进行分区建模，然后根据各设备之间的逻辑关系在VR场景下将各建模人员分块完成的三维模型进行整合连接，得到并在模型内设置不同位置的安全隐患触发点，生成加工车间的三维影像并通过显示设备进行显示，然后通过利用UE4虚幻引擎平台进行VR的制作，并在虚拟场景内添加讲解文字以及触发音效，同时实现局域网内多人同步在线功能，使多个学习人员在VR场景内能看到彼此的虚拟人物，使得多个学习人员可以在VR场景下进行高真实场景下的学习，从而能够直观的了解到具体的操作内容和真实情况，且在建模过程中通过VR场景下在相互作业可见且可交流的基础上分工实施建模并整合处理，使得模型在建立过程中可以实现多建模人员的面对面互通处理，从而能够有效解决现有技术中模型建立方法中多人建模而导致的模型不兼容、不统一且联动场景无法实现等问题，可以实现不同地区超远距离共同协作建模，大大提高工作人员的工作效率；

2、本发明通过将模型运行数据与水泥厂的真实运行生产数据对模型准确度进行测量，然后对偏差较大的部分通过修正网络进行修正处理，直到连续多组数据均不存在较大误差，结束修正，使得模型运行数据可以最大限度的趋于现实运行数据，使得加工场景真实度较为理想，有利于提高学习人员在对水泥熟料加工技术学习过程中的沉浸式体验感。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种水泥熟料加工用仿真建模方法，仿真建模方法包括以下步骤：

S1、数据采集：

对水泥熟料加工的实景进行全景拍摄，采集素材，同时梳理水泥熟料加工流程，将水泥熟料加工过程中的每一个设备映射成一个节点，并确定每个节点的加工范围以及生产参数，建立包括多个节点的加工结构树模型，并将结构树模型以最小细分单元细分出对应的加工工艺节点，保证生产设备在确定的参数范围内使用，同时对水泥熟料加工过程中的各项数据进行采集，并根据采集数据内容建立加工过程中节点内与各节点之间的业务逻辑，同时采集并储存水泥熟料加工的历史生产数据。

S2、数据处理与建模：

基于各设备的设计参数和最小细分节点建立加工仿真流程图，并建立各个细分节点的逻辑关系，设置用于水泥熟料加工模型的主服务器，设置三个及以上的操作端，各操作端的PC机通过局域网或互联网与主服务器通信，在虚拟空间构建一布置区，并获取该布置区的轮廓参数，并根据布置区的轮廓参数对布置区分割为若干个建模区，并将若干个建模区分别划分给若干个操作端，然后在主服务器内置入水泥熟料加工过程中各类设备的硬件模块，然后获取水泥熟料加工过程中各类设备的硬件模块，根据全部的硬件模块通过操作端在VR场景下分别建立水泥熟料加工用离散型仿真设备模型，并确定设备模型的设备名称和设备位置，然后根据各设备之间的逻辑关系在VR场景下将各建模人员分块完成的三维模型进行整合，对各设备之间进行连接，使得模型与真实场景完全相同，得到水泥熟料加工的三维场景与设备模型，并在模型内设置不同位置的安全隐患触发点，生成加工车间的三维影像并通过显示设备进行显示。

S3、仿真运行与修正：

通过模型运行数据与水泥厂的真实运行生产数据对模型准确度进行测量，将模型运行时产生的运行数据与实际运行数据之间进行比较，若存在较大误差，则通过神经网络对数据进行修正处理，直到连续多组数据均不存在较大误差，结束修正。

S4、模型的连接：

将建立的水泥熟料加工模型利用UE4虚幻引擎平台进行VR的制作，在虚拟现实开发引擎内添加对应的模型材质信息，使三维影像更加贴近现实，并在虚拟场景内添加讲解文字以及触发音效，同时实现局域网内多人同步在线功能，使多个学习人员在VR场景内能看到彼此的虚拟人物。

S1中采集内容包括但不限于水泥熟料加工的各种原材料、原材料的配比，各原材料的粒径大小、原材料的移动路径、各设备的功能类型、各设备的设计参数及各设备的动态作业数据。

S2中每个操作端设有作为访问和操作端口的PC机以及用于PC机处于VR界面下操作的左手手柄、右手手柄和VR头盔。

S2的建模过程中各建模工作人员戴上VR头盔，左右手分别手持左手手柄和右手手柄，在操作端利用PC机的显示屏、左手手柄、右手手柄和VR头盔实施建模操作。

S2的建模过程中，各建模工作人员利用VR头盔相互作业可见且各建模工作人员通过VR头盔看到的VR环境下的模型与真实场景原型视觉比例为1:1。

S2的模型精度至少为LOD300及以上。

安全隐患触发点为加工现场实际存在危险的地方，在危险触发之后进行警报，并播放危险触发后果视频，安全隐患触发点随着加工工作的完善一月更新一次。

UE4平台包括前端场景设计和编程两部分，编程主要分蓝图和C++语言两部分，安全体验人员在VR场景内头戴VR眼镜，通过手柄操作，实现移动、命令选择功能，同时实现局域网内多人同步在线功能，可一同体验VR效果。

综上可知，本发明：通过对水泥熟料加工的过程进行全方位的数据采集，并根据采集数据内容建立加工过程中节点内与各节点之间的业务逻辑，同时采集并储存水泥熟料加工的历史生产数据，然后通过在VR场景下进行分区建模，然后根据各设备之间的逻辑关系在VR场景下将各建模人员分块完成的三维模型进行整合连接，得到并在模型内设置不同位置的安全隐患触发点，生成加工车间的三维影像并通过显示设备进行显示，然后通过利用UE4虚幻引擎平台进行VR的制作，并在虚拟场景内添加讲解文字以及触发音效，同时实现局域网内多人同步在线功能，使多个学习人员在VR场景内能看到彼此的虚拟人物，使得多个学习人员可以在VR场景下进行高真实场景下的学习，从而能够直观的了解到具体的操作内容和真实情况，且在建模过程中通过VR场景下在相互作业可见且可交流的基础上分工实施建模并整合处理，使得模型在建立过程中可以实现多建模人员的面对面互通处理，从而能够有效解决现有技术中模型建立方法中多人建模而导致的模型不兼容、不统一且联动场景无法实现等问题，可以实现不同地区超远距离共同协作建模，大大提高工作人员的工作效率，且本发明将模型运行数据与水泥厂的真实运行生产数据对模型准确度进行测量，然后对偏差较大的部分通过修正网络进行修正处理，直到连续多组数据均不存在较大误差，结束修正，使得模型运行数据可以最大限度的趋于现实运行数据，使得加工场景真实度较为理想，有利于提高学习人员在对水泥熟料加工技术学习过程中的沉浸式体验感。

最后应说明的几点是：虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。