虚拟饮料灌装生产线建模与仿真.pdf

摘 要 虚拟生产与现实生产环境的融合是制造业的未来。生产企业以更少的能源和

资源完成产品生产，才能够应对不断增长的成本压力。通过采用创新软件、自动

化技术、驱动技术及服务，实现虚拟生产与现实生产环境的融合，能够缩短产品

上市时间、提高生产效率和灵活性，帮助工业企业保持在市场上的竞争优势。通

过在计算机上建立虚拟三维动态系统模拟工业现场有利于企业对资源进行合理

配置、优化生产结构和流程以及提高企业的管理水平。本文的主要研究内容和研

究结果如下： 1. 研究虚拟现实、虚拟环境建模以及虚拟生产线相关资料，为虚拟化技术

的研究以及生产线进行虚拟化提供基础和方向。 2. 研究了虚拟软件系统基础知识，分析了虚拟软件的逻辑结构，通过分层

体系结构，提供各层之间的规范化接口，给出了虚拟饮料灌装生产线软件体系结

构。 3. 研究了虚拟环境建模。首先分析了虚拟实体对象在计算机内部的表示方

法，讨论了虚拟环境的外观以及虚拟实体纹理的建立方法。其次，建立了虚拟实

体的运动模型，分析了虚拟空间坐标系及其变换和构建节点位姿描述及其变换。

最后讨论了物理特性在虚拟环境中的表达方法及 LOD 分割技术在虚拟环境中的

应用。 4. 深入研究了虚拟环境的行为建模。首先，以饮料灌装生产线为对象，对

虚拟实体对象的行为进行定义和分类。为了表达虚拟行为模型异步、并发以及可

行的特性，同时兼顾行为的产生条件、可能性以及行为的结果的描述，以 Petri

网为工具将消息纳入 Petri 网建立了 Petri 行为模型并通过实例进行说明。其次，

研究了虚拟系统行为的计算模型及运行机制，分析了 OPE 机制在虚拟系统对实

体对象控制的应用。 5. 应用虚拟环境模型和虚拟系统行为模型对饮料灌装生产线进行实现，结

果显示，提出的虚拟环境模型和虚拟系统行为模型能很好地对虚拟生产线系统进