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研究的
INTERACT
德业│
（
2007
）
1:143-154
作者
10.1007/s12008-007-0016-2
模拟的数值控制工具机
（
NCMT
）
基于虚拟现实使我们以前的可视化上生产
的部分执行不同的进程。
此外，
仿真允许没有经验的工人在
一个安全的方式来学
习如何控制机器，
即使从远程位置通过网络
。
在航空业常用的数控铣床机的发展
提出了这里。
基于面向对象编程，
这就有可能升级和模块化的机器架构及其环境。
每台机器的元素是由一个
C + +
类，以及解
释的
NC
程序代码行的编译器。
关键词：
制造，仿真，虚拟现实，加工机床，数控
< br>
这些项目中的一个优化的生产过程，
并大幅度降低成本
和应用时间。
由于工
厂模型在仿真模式下运行，
可以运行成千上万倍的速度比真正的工厂操作，
管理
人
员将有快速，
非破坏性的方法，
用于测试各种生产策略。
实际操作建议可以改
[3]
进的无风险
在模拟测试。
班纳吉
[
4]
认为，
加上适当的计算机推理和决策支持工具，
在控制模式下
的虚
拟工厂经营，
将是一个相当数量的自诊断能力。
从实际的工厂数据的推动下，
虚
拟工厂将能够分析
整个工厂的性能，
不断地确定优化操作，
以降低成本，
减少生
产时间，提高质量，或再利用材料的潜力。例如，虚拟工厂将能够
使用由工厂监
控系统收集的数据，
分析潜在的和实际的故障，<
/p>
并找出问题的原因。
这种制度假
定的每一
块，
给予一定的监测数据，
可用于与诊断系统和推理支持工具，
以找出
问题的根源一起在工厂设备数据库的可用性。
另一方面，
引入新的生产机械或更现代的系统时
，
不可忽略的不确定性总是产生特别是
对最老工人。
这是厂长的责任，
认真管理这些改进，
因为不适当
的工人更新有可能对应用时
代的负面影响
[5]
。
有时，
设备的复杂性或成本过高，
使不可能的，
一个没有经验
的操作员可以
负责照顾他们。
一遍又
一遍，工人培训是必不可少的。欧洲新的教育政策，提供这些方面，
并强调需要有一个真
正的继续教育
[6]
。
大学的研究必须
缩短，
因为真正实践学习，
最终将公司内部的开发人员在整个职
业生涯。
2
目标
这里
的机器是一个
3
轴立式磨粉机模型
EM
CO_
PCMILL
50
ETS
IA
学生在他们
的生产实践中使用。通常
PCMILL
是，
ETSIA
学生
面临的数控机床。尽快编程的
基础上，并系统的语法解释，同学们自己写的程序。开展几
个几何形状的加工，
在一个棱柱形的泡沫部分。然而，操纵，他们可以执行的机器上是有
限的。在处
理这些昂贵的设备的安全事项和经验不足挫败的最有兴趣的学生
[7]
的希望。图
1
显示了
铣床的工作区。
虚拟现实技术也出现作为一个理想的学习方式
。
电脑屏幕上有一个现实的生
产环境，学生可以自由移动，处理
工具，学习机的行为，或尝试他们在自己的代
码行的编译器，使尽可能使用通常限制
[8,9]
。由于动机是一个在任何教育
体制的
一个重要方面，
事实上，
学生可
以访问从民政部门的网站和互动铺平了道路，
为
一个更现代的教
育方式，
他们在接近的内容，
他们更感兴趣的是和了解自己的好
奇心
这种好奇心和学习愿意将转交工人，这些工程师将在未来负责。
3
，装机
铣
床是一种电力驱动机用于金属和非金属零件的复杂塑造。
其基本形式是一
个旋转的刀具或结束同心旋转的磨主轴，
和可移动的表上安装和夹紧工件。
虽然
刀具一般保持静止（其旋转的除外）
，而工件正在完成切割动作，模型
PCMILL
50
运行向上和向下移动铣头
Z
轴。
铣床可以进行复杂的操作，如开槽，刨，钻，退税等
，广大，可手动操作，
或在计算机数控
（
CNC
）
。
在
20
世纪
40
< br>年代末和
50
年代初开发数控伺服系统
< br>由麻省理工学院的实验室。根据合同与密歇根州，威廉·M·皮斯和詹姆斯·麦
克
唐纳的帕森斯公司设计一个实验性的数控铣床，通过穿孔纸带上的数据方向。
表现在
1952
年的第一个工作日连续路径的数控铣床模型。进一步研究当
时的美
国空军的赞助下进行的。随后，实验室的计算机应用小组，由道格拉斯
.
罗斯的
带领下，开发了自动编程工具语言（
APT
）
，
易于使用，特殊用途的编程语言
[10]
。
因此，
任何数控铣床有两个基本的操作模式：
手动模式和自动模式。
在手动
模式下，系统的行为
，任何模拟铣床。不同元素的议案，该工具的革命或分配工
件的某些特征尺寸的变化可以
通过一个特殊的键盘排列。
然而，真的使
NCMT
有趣的特点是其电源，阅读，理解和执行的指令序列。
这些序列（或
NC
程序）控制所有机器元素的同时，使加工
复杂曲面的一部分。
这些任务是机器自动模式下的责任。在这种模式下，
NC
程序已加载后，机
器控制器读取的行代码，
检查语法，
并发出了一个信号，
以适当的引擎或驱动器，
以执行指令。根据机器的类型和复杂性，这种指令集合可以是很广泛的。然而，
所有的数控机床工具有共同的一套基本的订单，
如程序的开始和结束，
移动和停
止的工具，快速和慢速运动，冷却液活化，等等。
按照
DIN66025 PCMILL50
使用数控机床的编程。此
NC
程序由控制单元
中存
储的程序块序列。
当被加工工件，
计算机读取和检查这些块，
根据编程序列和相
应的控制信号发送
到机床。
4
物理模型
包括物理模型设计中的应用开发的第一步。
我们将谈论的用户界面以后，
所以我们将集
中精力对每个元素组成机及其环境的创造。
重要的是准确的物理模型，
适合于现实。
< br>如果模拟的目的是培训，
新用户之
间的真实模型，
其代表性的过度的差异可能会造成混淆。
但是，
如果目的是预测
机器的行为（碰撞研究，例如）或视觉预览和调试数控程序，这方面是
至关重要
的。因此，第一步必须由准确的通过任何机械设计
CA
D
软件的设计。
从现有的市场上，
Solid Edge
的方案多种多样，从
EDS
的
PL
M
解决方案，
选择许可证的原因。达索系统
CATIA
，是另一个不错的选择。这其中还允许直接
被转
移到
VR
软件模型。
像在上一节中定义一个三轴铣床，
显然不会有过多的并发症。
< br>动作执行机械，
驱动器和真机的齿轮。
这些任务是负责逻
辑模型在虚拟表示，
这样的物理模型似
乎并不复杂。
除了动元素放置在虚拟环境中，
它提供了现实主
义的场景，
物理模型由几个
固定件，如套管和控股的元素，和一
些其他的移动件，如工作台，夹具，工具或
安全门。
工作台是左向右运动的矩形金属平台。这是斜靠上又向前向后的运动平台。
完整的组装提供了两个自由度在一个水平面。
钳修复工作台
的一部分。
尽管该系统实际上是手动打开，
自动运动已在逻辑<
/p>
模型。
铣头和主发动机一起移动上垂直工作台移动的。
上下运动给第三的自由程
度和可能的复杂曲面加工。
数控机床的最有一个工具集，必要时会自动改变。换刀通过在的
PCMILL
手
是这样的物理模型，并不代表任何机器人的
工具集。此功能是可用的，然而，在
类的实现。图
2
显示了半成品的三维模型铣床。
直到几年前，在
传统的
PC
图形设备的功率计算是有限的，工作超详细的模
型，
这是不可取的，
因为一个形象逼真的进
展是一个不愉快的运动放缓截断。
所
有这些不良影响将逐渐消失
，
新的图形卡的电源，
其中许多配备了灯光和纹理绘
制的具体电路。
无论如何，
这是首选使用非多边形
的数量过多，
在模型设计允许
任何一台计算机上运行程序。
接下来的任务就是渲染。
3DStudio- Max
6
，从
Autodesk_
，被选中的原
因有两个：
一方面，
渲染引擎，
享有崇高的威望和模型中的纹理和材料除了原来
很简单
[11]
。另一方面，
3DStudio
作为
原始设计阶段和
VR
的阶段之间的桥梁，
因为它承认使用的格式：
Solid Edge
和
Virtools
。
图
3
显示的
3
DStudio
最大
6
个接口和材质编
辑器。例如，套管已呈现与金
属灰色的普通材料：
大部分材料和
纹理已提取的真机和它的环境，
数字改变，
并
< br>添加到物理模型。最后，该模型必须出口到
VR
软件。在
那里，将建成并现场将
有可能与它交互。
5
逻辑模型和虚拟现实
作为一个视频游戏开发平台
Virtools
的开发
（
）
出生
。
该方案提出了一些工具来建立在用户处理环境和人物。
这些工
具包括在一系列特
定任务的逻辑块：移动，旋转，切换等。
这些系列的块或并行连接作为一个流程图，
可以模拟在一个精确的方式，
根
据模型的复杂性和
准确性，
任何所需的行为。
例如，
直线
运动的传送带可以简单
地实现图。
4
所示：连同，
blockper
第
二块翻译，它代表的移动行动已添加的
移动物体，
以获得更精确
的控制。
显然，
如果它假装模拟精度在百分之一毫米和
不同的位移和旋转制度秩序工作的
NCMT
的确
切行为，
框图的设计变得更加复杂。
图
5
显示了一个点，以点运动图，在账户以前暴露考虑。
现场的建设过程是类似的内心深处的三维设计方案。
在这项工作中，的
ETSIA
生产车间进行了模拟。其中选择了
Virtools
的开发，其中的一套可用的
< br>相机和灯光非常大的数目，
为了表示与现实主义的场景。
通过地面或墙壁或摄像
机运动不可能也成立。
一切的目的是使尽
可能真实的第一人称视角。
图
6
显示了
Virtools
的三维模型，层次结构树和运动脚本的开发接
口。
现场，尽快建立和加
载到虚拟空间中的元素，第一项任务包括在指派一个
参照系统，每个对象的层次依赖。在
这种情况下，
Word
对象有两层含义。一方
面，
对象是，
我们已经从设计方案，
< br>例如，
外壳或发动机进口的模型。
另一方面，
对象是指在面向对象编程（
OOP
）的阶级结构的
基本元素。虽然我们将对此发言
后，我们必须表明，
Virt
ools
的开发，其内部结构属于这一规划理念（所有的
程序是
C + +
1
典型的物件导向语言实现）
，安排
在友好的用户界面在同其模
型方式，
因为它在内部管理类和子类
。
这使得工作变得更加容易，
尤其是沟通程
序，或加入行代码时，其功能。
参考系统分配被称为帧的
对象。
他们在三面的形状和保持两种类型的信息表
明：
?关于通过直角坐标和欧拉角的空间位置和方向的数值信息。
?信息（
float
和
string
类型）有关这架链接的对象，如它的名字和真机
的某些几何特征。对于例如，
X_AXIS
的驱动对
象，其在现实世界中的最高和最
低位置分别为
15.00
和
10.00
厘米，
分别需要至少三个成员变量
（或属性的定义，
根据
Virtools
的开发）框架在移动该驱动器的费用：名称：
“
X
AXIS
” ，
X
max = +15 X min = -10
。
其他两个重要的成员变量的当前位
置和最终位置。
第一帧和其挂钩对象移动
实时更新。第二个变量
是从机控制访问。每当一个对象必须被发送到某个位置，
控制，修改这个属性的值，并执
行脚本的运动。
该脚本是我们以前谈到的操作顺序，
在屏幕上显示流程图。
一旦控制修改的
最终位置
，并触发脚本，相应的帧开始移动，拖动所有链接的对象，根据层次结
构。
例如，
“ X
Axis
Drive
”框架议案涉及的工作表，夹具和工件的联合位
移。
其实，运动的脚本等等。它发送一系列的消息，沟通的状态，其余的对象和
检查，目前的移动框的位置不超过本机的物理极限。
整机的
操作包括在这项计划的重复。
从真机的每一个移动的对象是其相应的
程序移动配合。最后，法律的议案（每个脚本的一项法律，如许多的真正的对象
有脚
本的数量）补充说：线性
点到点的运动，圆周运动，旋转纯，等。
6
编程
机器控制器和用户界面在
Visual
C
+
+
实
现项目基于文档
/
视图结构和
Micr
osoft
MFC
库。
6.1
文件
在文档
/
视图应用程序，数据存储在文件从光盘驱动导出一个<
/p>
MFC
类对象。
“文件”一词是有点误导，
因为它可以从卡在扑克在线连接与远程数据源的模拟
甲板，几乎所有的东西。
“文件” ，在“
文档
/
视图”是指一个程序的数据绘
制
一个数据是如何存储和它是如何呈现给用户之间的边界清楚的抽象表示。
通常
情况下，
文档对象提供公共成员函数，
可以使用其
他对象
（如连接到该文件的意
见）来查询，编辑，存储文件数据
。所有的数据处理文档对象本身
[
微软系统杂
< br>志二月（
1996
）。
在这个项目中，
文档对象是
负责保存，
阅读或装入机器运行
NC
程
序。
进入
模拟器包括一个编译器解释这些方案的实时行代码，<
/p>
根据标准
DIN
66025
和相应
的订单发送到不同的对象，使机器。每行代码，然后触发一个或几个
脚本，取决
于复杂的行动表示。
例如
，
为了
G00
的会导致一个点到点的运
动，
地下
G02
导致圆周运动的主要<
/p>
程序和
M30
完成。
图
7
显示了一个
NC
程序的编译器能够读取这些机器的典型
语法的例子：
图。
8
显示加工工件从图中所显示的代码执行。
<
/p>
有这些特点的编译器允许我们实时检查
[12]
< br>
：
?语法的程序。如果任何
行是错误或不完整的，编译器会警告我们对这种情
况。
?正确的部分加工。由于工件上执行的操作是可见的编译器
<
/p>
行代码读取和执行命令，
为了将导致一个不正确的几何形状，
将立即注意到
此外，最典型的
DIN
-PLUS<
/p>
的标准功能和固定循环包括在内，因此该方案能
够理解并执行不同
的数控文件
[13]
。
此功能变成一个强大的工具，
模拟器，
不仅要学习，
但作为质量控制的电台。
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