一种基于UE4的车间生产仿真及排产调度实现方法

技术领域

本发明属于车间生产智能仿真优化与调度领域、虚拟现实领域及数字孪生领域，特别涉及一种基于UE4的车间生产仿真及排产调度实现方法。

背景技术

车间生产过程往往会出现各种各样的问题，例如设备损坏、排产冲突、机床利用率低、无法远程监控车间运行情况等。这些问题往往会导致车间的生产计划被打乱，产能下降及难以及时对受损设备进行维修等情况。最终导致生产线停止生产或订单堆积等问题。

为解决上述问题，现有的通常做法是：设备的监控通过相应的监控软件进行设备信息读取，以文字形式在相应界面上进行展示。这种方式不能简单直观的展示所述信息代表的含义，并且无法实时展示产品在机床上加工的过程。而针对设备排产的解决方法，大多是使用单独的排产调度程序进行求解，这种求解结果大多为理论结果，无法直接对所得结果进行验证。一般还需要采用Plant Simulation等软件进行进一步仿真验证，且验证效果也无法直观进行展示。

发明内容

本发明，针对现有技术上的不足，提出一种基于UE4的车间生产仿真及排产调度实现方法，利用UE4的专业展示效果及C++代码的编写，对生产车间的设备进行动画与数据绑定，从而实现车间生产的实时仿真及排产调度计算结果的验证及展示。

针对现有问题，本发明采用的技术方案包括：

一种基于UE4的车间生产仿真及排产调度实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：根据车间实际信息，在UE4引擎中对车间场景进行复现；

步骤(2)：建立设备信息云端数据库并通过蓝图及C++程序编写，实现车间设备实时仿真及控制；

步骤(3)：与排产调度程序相结合，在UE4内部实现车间生产的排产调度可视化及图表演示。

进一步地，所述的步骤(1)包括：

采用扫描软件对实际生产车间进行扫描得到车间全景点云图，根据扫描得到的点云图中车间外貌、设备布局及对尺寸进行测量，采用三维建模软件对车间各个设施进行建模。基于Datasmith将所建立的设施模型导入UE4中对车间场景进行复现，根据扫描得到的设施材质、纹理及车间光照等，对所建立车间场景进行渲染，并通过地形工具及Quixel对车间外道路等进搭建。

进一步地，所述的步骤(2)包括：

建立设备信息的云端数据库，并开放相应的读写接口，其中应至少包含设备的运行状态、参数、机床设备的各轴位置参数、物流设备的位置及物流信息、当前加工工件的信息及对应的刀具信息。通过C++编写相应代码，使设备的控制系统及UE4均可访问该云端数据库并对其进行相应读写。通过编写蓝图及C++脚本搭建UE4的控制UI及相关逻辑，实现对设备信息的读写功能。UE4的读写操作能够影响到虚拟场景中的设备及产品的相关信息，设备控制系统的读写操作将直接影响到实际生产中设备的运行状态。

在所搭建的场景中，将每个设备的零部件对应的设备信息与模型进行动画绑定，采用UE4自带AI功能、蓝图中的动画节点及C++编程方式综合实现物流小车、机床主轴、工件交换、加工过程等动画。从而实现实际车间中的设备信息能够实时在UE4中在虚拟模型中进行体现。并能够在登陆管理员账号后，通过在UI上输入相关的设备信息直接控制设备的运行状态，从而实现车间设备的实时仿真及控制。

所搭建的仿真平台还能够通过UE4官方的像素流送技术同时在多个客户端进行登录访问，但同时只能有一个管理员账号可对场景中的设备信息进行修改写入。

进一步地，所述的步骤(3)包括：

基于C++编写排产相关的时间轴及事件插入的UE4节点，并在UE4中编写相应的设备排产动画。外部配置好相应的排产调度计算程序后，通过控制界面的订单及参数录入后，根据计算程序计算得到的Json格式的结构体，在UE4蓝图中进行导入后进行解析及排产动画生成。

针对排产调度动画演示中可能遇到的问题，增加相关的暂停、调速、时间跳跃、重置及数据显示等功能。从而实现排产调度功能的计算及动画演示功能。

进一步地，所述的UE4控制UI还包括：

可调出设备信息查询页面，查看当前车间中所有设备的大致信息，并可选择需要查询的设备进一步查看该设备所有详细信息。也可以直接在场景中点击所需查看的设备，右键调出相应的设备信息查看页面。

附图说明

图1为整体场景及总UI界面展示图。

图2为数据库连接界面。

图3为设备信息查询界面。

图4为排产调度结果展示界面。

图5为本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合图示进一步详细描述本发明。

一种基于UE4的车间生产仿真及排产调度实现方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据车间实际信息，在UE4引擎中对车间场景进行复现；

步骤(2)：建立设备信息云端数据库并通过蓝图及C++程序编写，实现车间设备实时仿真及控制；

步骤(3)：与排产调度程序相结合，在UE4内部实现车间生产的排产调度可视化及图表演示。

具体地，所述的步骤(1)包括：

采用扫描软件对实际生产车间进行扫描得到车间全景点云图，根据扫描得到的点云图中车间外貌、设备布局及对尺寸进行测量，采用三维建模软件对车间各个设施进行建模。基于Datasmith将所建立的设施模型导入UE4中对车间场景进行复现，根据扫描得到的设施材质、纹理及车间光照等，对所建立车间场景进行渲染，并通过地形工具及Quixel对车间外道路等进搭建。

具体地，所述的步骤(2)包括：

建立设备信息的云端数据库，并开放相应的读写接口，其中应至少包含设备的运行状态、参数、机床设备的各轴位置参数、物流设备的位置及物流信息、当前加工工件的信息及对应的刀具信息。通过C++编写相应代码，使设备的控制系统及UE4均可访问该云端数据库并对其进行相应读写。通过编写蓝图及C++脚本搭建UE4的控制UI及相关逻辑，实现对设备信息的读写功能。UE4的读写操作能够影响到虚拟场景中的设备及产品的相关信息，设备控制系统的读写操作将直接影响到实际生产中设备的运行状态。

在所搭建的场景中，将每个设备的零部件对应的设备信息与模型进行动画绑定，采用UE4自带AI功能、蓝图中的动画节点及C++编程方式综合实现物流小车、机床主轴、工件交换、加工过程等动画。从而实现实际车间中的设备信息能够实时在UE4中在虚拟模型中进行体现。并能够在登陆管理员账号后，通过在UI上输入相关的设备信息直接控制设备的运行状态，从而实现车间设备的实时仿真及控制。

所搭建的仿真平台还能够通过UE4官方的像素流送技术同时在多个客户端进行登录访问，但同时只能有一个管理员账号可对场景中的设备信息进行修改写入。

具体地，所述的步骤(3)包括：

基于C++编写排产相关的时间轴及事件插入的UE4节点，并在UE4中编写相应的设备排产动画。外部配置好相应的排产调度计算程序后，通过控制界面的订单及参数录入后，根据计算程序计算得到的Json格式的结构体，在UE4蓝图中进行导入后进行解析及排产动画生成。

针对排产调度动画演示中可能遇到的问题，增加相关的暂停、调速、时间跳跃、重置及数据显示等功能。从而实现排产调度功能的计算及动画演示功能。

具体地，所述的UE4控制UI还包括：

可调出设备信息查询页面，查看当前车间中所有设备的大致信息，并可选择需要查询的设备进一步查看该设备所有详细信息。也可以直接在场景中点击所需查看的设备，右键调出相应的设备信息查看页面。

具体地车间生产仿真及排产调度静态展示界面如图1-图4所示。

综上，本发明方法主要采用UE4蓝图及C++代码编写的方式，实现生产制造车间生产过程的实时仿真及对排产调度结果进行模拟验证及结果展示。能够直观有效的将车间运行过程中的设备信息状态进行展示，并能够通过UI输入的方式，控制车间设备的运行状态。针对排产调度的结果，能够模拟实际运行中的设备运行轨迹对排产结果进行全阶段仿真验证及展示。使工程师可以随时随地对车间的运行情况进行监控及生产安排。

本发明并不局限于上述的具体实施方式，本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本技术领域人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受所描述的具体实施方式的限制。