動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)在紡織業(yè)中的應(yīng)用

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當(dāng)啟動(dòng)仿真系統(tǒng)后，系統(tǒng)會自行記錄仿真運(yùn)行過程。當(dāng)仿真系統(tǒng)結(jié)束后，計(jì)算、分析和優(yōu)化仿真結(jié)果，滿足工作人員的需要。同時(shí)，為反映動(dòng)態(tài)過程，在仿真過程中，除了描述機(jī)械的特征和屬性外，還應(yīng)體現(xiàn)時(shí)間參數(shù)。模擬出來的三維模型，可根據(jù)空間三維軸任意旋轉(zhuǎn)、縮放、改變視角以及位置，從而增強(qiáng)對紡織機(jī)械的全面了解。動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)主要有以下功能：①歸納出基本的動(dòng)態(tài)環(huán)境指標(biāo)；②將適用于動(dòng)態(tài)模擬的系統(tǒng)分門別類；③開發(fā)動(dòng)態(tài)可視化三維模擬；④開發(fā)控制系統(tǒng)；⑤進(jìn)行參數(shù)識別；⑥通過模擬系統(tǒng)，評估控制器性能。動(dòng)態(tài)可視化仿真系統(tǒng)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(gè)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(guān)的部件。熱鏈接是指把部件與其它的圖形、文本、數(shù)據(jù)庫和模型鏈接起來，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊鏈接時(shí)，可以顯示與該部件相關(guān)的對象。

目前將動(dòng)態(tài)可視化仿真技術(shù)應(yīng)用較為成功的是德國Monforts公司生產(chǎn)的新型Montex6500拉幅機(jī)。我們以動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)應(yīng)用于Montex6500拉幅機(jī)為例，觀察它的建模方案。Montex6500拉幅機(jī)的顯著特點(diǎn)是包含一系列機(jī)型，功能繁多，而且有用戶交互接口。這款機(jī)型采用動(dòng)態(tài)可視化模擬系統(tǒng)來預(yù)測產(chǎn)量、評估性能［2］。

1動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開發(fā)必須先確定參數(shù)。將所有參數(shù)結(jié)合起來，構(gòu)成參數(shù)化實(shí)體建模。參數(shù)化實(shí)體建模就是通過相互作用關(guān)系組成一系列用參數(shù)控制的特殊部件，從而構(gòu)成整個(gè)機(jī)械模型的技術(shù)。而確定參數(shù)前，必須先確認(rèn)要模擬哪方面性能以及如何模擬，從而使得這些參數(shù)在整個(gè)系統(tǒng)中作用明晰，表達(dá)準(zhǔn)確。參數(shù)集合主要包括：表述Montex6500拉幅機(jī)的參數(shù)，如位置、速度、加速度、穩(wěn)定性和牽引力等；表述控制器的參數(shù)，如：誤差和期望值等。通常情況下，位置和速度之類的參數(shù)能很容易地得到準(zhǔn)確值，但是很多其它參數(shù)往往得不到準(zhǔn)確值［3］。因此動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)需要根據(jù)一些算式得出某些參數(shù)值。比如，牽引力就是不能直接得出的參數(shù)，而牽引力值直接與最終產(chǎn)品質(zhì)量息息相關(guān)，因此需要根據(jù)已有參數(shù)，通過模擬處理器來估算它的值。為有效得到各參數(shù)值，用戶交互界面非常重要，這也是動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)操作人員用動(dòng)態(tài)可視化模擬Montex6500拉幅機(jī)工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)以下功能：可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)停止，可以流暢地前進(jìn)或者后退以尋找關(guān)鍵點(diǎn)，任意選擇需要重點(diǎn)觀看的時(shí)間段，可隨機(jī)改變參數(shù)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(dǎo)演一樣，通過設(shè)定不同的參數(shù)值，得到不同的演示結(jié)果。事實(shí)上，如果沒有用戶參與界面，動(dòng)態(tài)可視化模擬系統(tǒng)將沒有實(shí)際意義。要想發(fā)展用戶交互界面，模式選擇非常重要［4］。在整個(gè)過程中，應(yīng)用模式都要處于可控狀態(tài)。如果在一個(gè)動(dòng)作被設(shè)計(jì)以前，操作人員在只能特定的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)輸入?yún)?shù)，察看結(jié)果，那么這種模式不適合動(dòng)態(tài)可視化模擬系統(tǒng)。因?yàn)閯?dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)的目的是基于結(jié)果的，將參數(shù)輸入后，使系統(tǒng)能夠在不同的時(shí)間根據(jù)不同的情況做出不同的反應(yīng)。可視化系統(tǒng)開始于一個(gè)靜態(tài)頁面，根據(jù)不同的情況，不同的功能將被啟用，從而進(jìn)入循環(huán)。一個(gè)有效的用戶交互界面可以讓用戶隨時(shí)隨地更改時(shí)間參數(shù)，從而精確地反映出動(dòng)態(tài)的細(xì)微差別。時(shí)間段相互間隔越短，模擬過程越精確。這時(shí)候就要用到插補(bǔ)技術(shù)。所謂插補(bǔ)技術(shù)，是指以插補(bǔ)點(diǎn)周圍各點(diǎn)的數(shù)值為依據(jù)，經(jīng)過專門的函數(shù)計(jì)算，得到插補(bǔ)點(diǎn)值。這個(gè)計(jì)算是通過軟件來完成的。在演示結(jié)果中，該點(diǎn)并非是真實(shí)的反映，往往與實(shí)際有較大的差異。插補(bǔ)軟件可以是線性的，也可是是二次方程式的。當(dāng)用線性插補(bǔ)軟件的時(shí)候，原始數(shù)據(jù)中的時(shí)間步長一般都非常小，Montex6500拉幅機(jī)的各參數(shù)變化也是線性的。將插補(bǔ)技術(shù)與計(jì)算機(jī)性能結(jié)合起來，人們可以按照自己的意愿得到動(dòng)態(tài)模擬效果，可以和時(shí)長相同，也可以稍慢或者稍快于時(shí)長。為了讓用戶能夠更好地理解，動(dòng)態(tài)可視化模擬過程還必須能夠放大一些環(huán)節(jié)。這也是此系統(tǒng)與其他模擬系統(tǒng)不同的地方［5］。

2Montex6500拉幅機(jī)的經(jīng)緯模型

在線模擬是動(dòng)態(tài)可視化模擬系統(tǒng)的重要方面，建立Montex6500拉幅機(jī)的演示模型也非常關(guān)鍵。建模的時(shí)候要考慮兩點(diǎn)，一是模型要是實(shí)時(shí)狀態(tài)的，這樣才能反應(yīng)真實(shí)情況。二是模型相對簡單，這樣才能反應(yīng)迅速。根據(jù)以上要求，建立一個(gè)緯度控制模型如圖1所示，它包括四個(gè)部分：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳輸器和制動(dòng)。這個(gè)模型對于評估Montex6500拉幅機(jī)性能非常有效，但是它比較復(fù)雜而且運(yùn)算步驟較多，這會導(dǎo)致模擬速度比較低。另外在線模擬需要與實(shí)際情況同步且容易受到計(jì)算機(jī)性能影響，因此我們還要加強(qiáng)研究，力爭使模型操作簡單［6］。鑒于動(dòng)態(tài)可視化模擬系統(tǒng)針對Montex6500拉幅機(jī)的環(huán)境指標(biāo)，模擬系統(tǒng)更側(cè)重于在線模擬。動(dòng)畫效果有以下特點(diǎn)：可以同時(shí)模擬好幾組設(shè)備，每一組設(shè)備最多可包括10臺Montex6500拉幅機(jī)。每組機(jī)器并排擺放，同一系列的環(huán)境參數(shù)使得比較控制器性能非常方便?？梢阅M每臺Montex6500拉幅機(jī)的經(jīng)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(shù)臺Montex6500拉幅機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，每一臺機(jī)器的性能指標(biāo)情況。可以根據(jù)模擬結(jié)果，評估性能好壞。在模擬過程中，用戶可以通過電腦自行設(shè)定參數(shù)值，通過參數(shù)值的細(xì)微變化，演示結(jié)果的不同，從而取得最優(yōu)值?？梢栽谌魏螘r(shí)候開始、停止、重放、快進(jìn)和慢放模擬動(dòng)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(dòng)態(tài)可視化模擬系統(tǒng)可以及早避免不理想或者錯(cuò)誤操作，在評估和設(shè)計(jì)紡織機(jī)械性能方面有重要意義。它無論對于操作人員和設(shè)計(jì)人員來說，都是一個(gè)非常有效的工具，必將有著廣闊的發(fā)展前景。（本文作者：蔡小平 單位：山東省紡織設(shè)計(jì)院）