動態(tài)可視化系統(tǒng)在紡織業(yè)中的應(yīng)用

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當啟動仿真系統(tǒng)后，系統(tǒng)會自行記錄仿真運行過程。當仿真系統(tǒng)結(jié)束后，計算、分析和優(yōu)化仿真結(jié)果，滿足工作人員的需要。同時，為反映動態(tài)過程，在仿真過程中，除了描述機械的特征和屬性外，還應(yīng)體現(xiàn)時間參數(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，從而增強對紡織機械的全面了解。動態(tài)可視化系統(tǒng)主要有以下功能：①歸納出基本的動態(tài)環(huán)境指標；②將適用于動態(tài)模擬的系統(tǒng)分門別類；③開發(fā)動態(tài)可視化三維模擬；④開發(fā)控制系統(tǒng)；⑤進行參數(shù)識別；⑥通過模擬系統(tǒng)，評估控制器性能。動態(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，當鼠標點擊鏈接時，可以顯示與該部件相關(guān)的對象。

目前將動態(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。我們以動態(tài)可視化系統(tǒng)應(yīng)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(tài)可視化模擬系統(tǒng)來預(yù)測產(chǎn)量、評估性能［2］。

1動態(tài)可視化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

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)化實體建模。參數(shù)化實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)成整個機械模型的技術(shù)。而確定參數(shù)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(shù)在整個系統(tǒng)中作用明晰，表達準確。參數(shù)集合主要包括：表述Montex6500拉幅機的參數(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)能很容易地得到準確值，但是很多其它參數(shù)往往得不到準確值［3］。因此動態(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，這也是動態(tài)可視化系統(tǒng)的重要組成部分。當操作人員用動態(tài)可視化模擬Montex6500拉幅機工作時，應(yīng)當實現(xiàn)以下功能：可以根據(jù)需要實時停止，可以流暢地前進或者后退以尋找關(guān)鍵點，任意選擇需要重點觀看的時間段，可隨機改變參數(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。事實上，如果沒有用戶參與界面，動態(tài)可視化模擬系統(tǒng)將沒有實際意義。要想發(fā)展用戶交互界面，模式選擇非常重要［4］。在整個過程中，應(yīng)用模式都要處于可控狀態(tài)。如果在一個動作被設(shè)計以前，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態(tài)可視化模擬系統(tǒng)。因為動態(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，從而進入循環(huán)。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(shù)，從而精確地反映出動態(tài)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(shù)。所謂插補技術(shù)，是指以插補點周圍各點的數(shù)值為依據(jù)，經(jīng)過專門的函數(shù)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(jié)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(shù)據(jù)中的時間步長一般都非常小，Montex6500拉幅機的各參數(shù)變化也是線性的。將插補技術(shù)與計算機性能結(jié)合起來，人們可以按照自己的意愿得到動態(tài)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(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拉幅機的經(jīng)緯模型

在線模擬是動態(tài)可視化模擬系統(tǒng)的重要方面，建立Montex6500拉幅機的演示模型也非常關(guān)鍵。建模的時候要考慮兩點，一是模型要是實時狀態(tài)的，這樣才能反應(yīng)真實情況。二是模型相對簡單，這樣才能反應(yīng)迅速。根據(jù)以上要求，建立一個緯度控制模型如圖1所示，它包括四個部分：發(fā)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(fù)雜而且運算步驟較多，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(tài)可視化模擬系統(tǒng)針對Montex6500拉幅機的環(huán)境指標，模擬系統(tǒng)更側(cè)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(shè)備，每一組設(shè)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(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拉幅機同時運行時，每一臺機器的性能指標情況。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(tài)可視化模擬系統(tǒng)可以及早避免不理想或者錯誤操作，在評估和設(shè)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(shè)計人員來說，都是一個非常有效的工具，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)計院）