動態可視化系統在紡織業中的應用

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當啟動仿真系統后，系統會自行記錄仿真運行過程。當仿真系統結束后，計算、分析和優化仿真結果，滿足工作人員的需要。同時，為反映動態過程，在仿真過程中，除了描述機械的特征和屬性外，還應體現時間參數。模擬出來的三維模型，可根據空間三維軸任意旋轉、縮放、改變視角以及位置，從而增強對紡織機械的全面了解。動態可視化系統主要有以下功能：①歸納出基本的動態環境指標；②將適用于動態模擬的系統分門別類；③開發動態可視化三維模擬；④開發控制系統；⑤進行參數識別；⑥通過模擬系統，評估控制器性能。動態可視化仿真系統還有查詢功能，極大方便了人們的工作。查詢功能包括雙向查詢、條件查詢和熱鏈接。雙向查詢是指可以通過特定部件查詢屬性，也可以通過屬性反向查詢這個屬性所描述的特定部件；條件查詢是指輸入一定的條件，如速度、溫度和牽引力等，查詢與這些屬性相關的部件。熱鏈接是指把部件與其它的圖形、文本、數據庫和模型鏈接起來，當鼠標點擊鏈接時，可以顯示與該部件相關的對象。

目前將動態可視化仿真技術應用較為成功的是德國Monforts公司生產的新型Montex6500拉幅機。我們以動態可視化系統應用于Montex6500拉幅機為例，觀察它的建模方案。Montex6500拉幅機的顯著特點是包含一系列機型，功能繁多，而且有用戶交互接口。這款機型采用動態可視化模擬系統來預測產量、評估性能［2］。

1動態可視化系統參數設計

系統開發必須先確定參數。將所有參數結合起來，構成參數化實體建模。參數化實體建模就是通過相互作用關系組成一系列用參數控制的特殊部件，從而構成整個機械模型的技術。而確定參數前，必須先確認要模擬哪方面性能以及如何模擬，從而使得這些參數在整個系統中作用明晰，表達準確。參數集合主要包括：表述Montex6500拉幅機的參數，如位置、速度、加速度、穩定性和牽引力等；表述控制器的參數，如：誤差和期望值等。通常情況下，位置和速度之類的參數能很容易地得到準確值，但是很多其它參數往往得不到準確值［3］。因此動態可視化系統需要根據一些算式得出某些參數值。比如，牽引力就是不能直接得出的參數，而牽引力值直接與最終產品質量息息相關，因此需要根據已有參數，通過模擬處理器來估算它的值。為有效得到各參數值，用戶交互界面非常重要，這也是動態可視化系統的重要組成部分。當操作人員用動態可視化模擬Montex6500拉幅機工作時，應當實現以下功能：可以根據需要實時停止，可以流暢地前進或者后退以尋找關鍵點，任意選擇需要重點觀看的時間段，可隨機改變參數等，使操作人員象操作視頻播放器一樣，按照自己的意愿觀看，而且像導演一樣，通過設定不同的參數值，得到不同的演示結果。事實上，如果沒有用戶參與界面，動態可視化模擬系統將沒有實際意義。要想發展用戶交互界面，模式選擇非常重要［4］。在整個過程中，應用模式都要處于可控狀態。如果在一個動作被設計以前，操作人員在只能特定的預設范圍內輸入參數，察看結果，那么這種模式不適合動態可視化模擬系統。因為動態可視化系統的目的是基于結果的，將參數輸入后，使系統能夠在不同的時間根據不同的情況做出不同的反應?？梢暬到y開始于一個靜態頁面，根據不同的情況，不同的功能將被啟用，從而進入循環。一個有效的用戶交互界面可以讓用戶隨時隨地更改時間參數，從而精確地反映出動態的細微差別。時間段相互間隔越短，模擬過程越精確。這時候就要用到插補技術。所謂插補技術，是指以插補點周圍各點的數值為依據，經過專門的函數計算，得到插補點值。這個計算是通過軟件來完成的。在演示結果中，該點并非是真實的反映，往往與實際有較大的差異。插補軟件可以是線性的，也可是是二次方程式的。當用線性插補軟件的時候，原始數據中的時間步長一般都非常小，Montex6500拉幅機的各參數變化也是線性的。將插補技術與計算機性能結合起來，人們可以按照自己的意愿得到動態模擬效果，可以和時長相同，也可以稍慢或者稍快于時長。為了讓用戶能夠更好地理解，動態可視化模擬過程還必須能夠放大一些環節。這也是此系統與其他模擬系統不同的地方［5］。

2Montex6500拉幅機的經緯模型

在線模擬是動態可視化模擬系統的重要方面，建立Montex6500拉幅機的演示模型也非常關鍵。建模的時候要考慮兩點，一是模型要是實時狀態的，這樣才能反應真實情況。二是模型相對簡單，這樣才能反應迅速。根據以上要求，建立一個緯度控制模型如圖1所示，它包括四個部分：發動機、變速器、傳輸器和制動。這個模型對于評估Montex6500拉幅機性能非常有效，但是它比較復雜而且運算步驟較多，這會導致模擬速度比較低。另外在線模擬需要與實際情況同步且容易受到計算機性能影響，因此我們還要加強研究，力爭使模型操作簡單［6］。鑒于動態可視化模擬系統針對Montex6500拉幅機的環境指標，模擬系統更側重于在線模擬。動畫效果有以下特點：可以同時模擬好幾組設備，每一組設備最多可包括10臺Montex6500拉幅機。每組機器并排擺放，同一系列的環境參數使得比較控制器性能非常方便。可以模擬每臺Montex6500拉幅機的經緯位置、速度、加速度，自行決定是否開啟測量儀，這樣可以模擬在數臺Montex6500拉幅機同時運行時，每一臺機器的性能指標情況?？梢愿鶕M結果，評估性能好壞。在模擬過程中，用戶可以通過電腦自行設定參數值，通過參數值的細微變化，演示結果的不同，從而取得最優值?？梢栽谌魏螘r候開始、停止、重放、快進和慢放模擬動畫，也可以從快到慢非勻速播放，最大限度方便操作人員選取最佳值。

動態可視化模擬系統可以及早避免不理想或者錯誤操作，在評估和設計紡織機械性能方面有重要意義。它無論對于操作人員和設計人員來說，都是一個非常有效的工具，必將有著廣闊的發展前景。（本文作者：蔡小平 單位：山東省紡織設計院）