顛覆傳統(tǒng)鋁型材擠壓生產(chǎn)，數(shù)字孿生生產(chǎn)方式即將到來！

隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種新型的高科技建筑材料相繼出現(xiàn)，所有的基礎(chǔ)工程均需要大量的建筑，需要大量門窗和建筑材料，而鋁及其鋁合金在其中占有重要的地位。隨著時(shí)代的進(jìn)步，材料的應(yīng)用也發(fā)生著變化。因鋁合金型材具有強(qiáng)度高、重量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)、可塑性好、變形量小、無污染、無毒、防火性強(qiáng)，使用壽命長（可達(dá) 50—101 年)、回收性好、可回爐重?zé)挼葍?yōu)點(diǎn)，應(yīng)用受到日益關(guān)注。尤其在建筑方面，鋁合金型材現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種商業(yè)及民用建筑，有著不可替代的重要地位。

發(fā)展鋁型材擠壓生產(chǎn)線是實(shí)施鋁型材擠壓生產(chǎn)線“由大變強(qiáng)，靠新出強(qiáng)”跨世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇，也是貫徹我國鋁型材擠壓生產(chǎn)線“控制總量，調(diào)整結(jié)構(gòu)”方針的重要措施，更是實(shí)施我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。圖撲軟件積極響應(yīng)國家鋁型材擠壓生產(chǎn)線發(fā)展要求，打造自動(dòng)化鋁型材擠壓生產(chǎn)線數(shù)字孿生效果，助力我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展！

整體案例采用寫實(shí)的風(fēng)格輔以 PBR 材質(zhì)技術(shù)打造鋁型材智能制造工廠，首先映入眼簾的是工廠外景，包含廠區(qū)的廠房、辦公樓、道路、綠植、湖泊、停車場、籃球場等，以真實(shí)的樣貌還原出廠區(qū)外景，還可切換到第三人稱操控人物在場景內(nèi)自由移動(dòng)，使觀看者仿佛身臨其境的查看整個(gè)廠區(qū)的環(huán)境、建設(shè)情況。

操控圖撲虛擬機(jī)器人進(jìn)入廠房后，會(huì)以數(shù)字孿生的方式展現(xiàn)全自動(dòng)鋁型材擠壓生產(chǎn)線的整套工藝流程：冷鋸切割-鋁錠加熱-放置退錠臺(tái)-開始擠壓-切割費(fèi)料-切割型材-將型材輸送至轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)-型材拉直?？梢允褂^看者學(xué)習(xí)了解鋁型材工藝生產(chǎn)整套流程，不到現(xiàn)場也可以了解真實(shí)現(xiàn)場工作流程，通過拖動(dòng)、放大視角，清晰看到各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，促進(jìn)高效生產(chǎn)、管理、學(xué)習(xí)。

廠區(qū)三維可視化

本次鋁型材擠壓產(chǎn)線案例，圖撲軟件利用 Web 3D 技術(shù)搭建基于實(shí)際廠區(qū)的虛擬可視化鋁型材制造工廠，廠區(qū)內(nèi)有辦公樓、擠壓車間、休息區(qū)、體育場、綜合廠房等建筑，輔以廠區(qū)內(nèi)綠植、道路、路燈、停車場、籃球場、湖泊等周邊設(shè)施，通過圖撲軟件自研引擎，并結(jié)合 PBR 物理渲染材質(zhì)系統(tǒng)，渲染出真實(shí)廠區(qū)的環(huán)境效果。

圖撲軟件 HT 支持結(jié)合 Web 2D、3D、GIS、PBR 材質(zhì)技術(shù)，為智能制造車間提供定制可視化服務(wù)。

HT 的輕量化方式在傳統(tǒng)的 GIS 和可視化技術(shù)上做出了全新的改變，具有輕量化、低成本的優(yōu)點(diǎn)，企業(yè)無需再購置笨重昂貴的 GIS 軟件，且起點(diǎn)低、效果好，傳統(tǒng) Web 開發(fā)人員可輕松上手，借力 HT 強(qiáng)大的 3D 渲染效果即可做出高仿真三維場景。

圖撲三維可視化技術(shù)采用 B/S 架構(gòu)，具有跨平臺(tái)性，任何桌面和移動(dòng)終端都可以打開。用戶可通過 PC 、PAD 或是智能手機(jī)，只要打開瀏覽器即可隨時(shí)隨地訪問三維可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)查和管控。

擠壓車間生產(chǎn)管理可視化

擠壓車間生產(chǎn)管理可視化系統(tǒng)能夠通過圖撲軟件的 HT 可視化引擎，將 3D 場景與 2D 面板結(jié)合起來，對鋁擠壓車間進(jìn)行全方位的數(shù)字化建設(shè)，全面掌握車間內(nèi)產(chǎn)能信息與運(yùn)維情況等信息?？梢酝ㄟ^鼠標(biāo)和鍵盤的常規(guī)交互操作，實(shí)現(xiàn)對場景的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放；操控圖撲虛擬小人進(jìn)入擠壓車間后，頁面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)整個(gè)車間相關(guān)數(shù)據(jù)，供車間負(fù)責(zé)人和相關(guān)管理工人管理查看相關(guān)數(shù)據(jù)。

產(chǎn)能情況

一條全自動(dòng)智能化產(chǎn)線，了解它的產(chǎn)能情況可謂是最重要的，圖撲軟件通過 2D 可視化技術(shù)對接車間相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，對整條全自動(dòng)智能化生產(chǎn)線的產(chǎn)能情況進(jìn)行可視化展現(xiàn)，包含當(dāng)日產(chǎn)能情況、當(dāng)日計(jì)劃量、產(chǎn)品合格率并以柱狀圖的形式顯示近日產(chǎn)量情況，使得車間管理人員快速了解車間產(chǎn)量、產(chǎn)品情況，掌握車間生產(chǎn)態(tài)勢關(guān)鍵指標(biāo)信息，促進(jìn)車間健康持續(xù)發(fā)展。

產(chǎn)線概況

為了保證自動(dòng)化產(chǎn)線持續(xù)高效生產(chǎn)，定期對產(chǎn)線設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)必不可少。圖撲軟件接入后臺(tái)人員錄入的相關(guān)設(shè)備維保信息，通過對設(shè)備運(yùn)行時(shí)長持續(xù)監(jiān)測，以二維可視化的形式展現(xiàn)鋁型材擠壓車間的產(chǎn)線概況，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備的定期維護(hù)保養(yǎng)，保障自動(dòng)化產(chǎn)線高效運(yùn)行。

月度能耗

廠區(qū)能耗一直是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域需要重點(diǎn)關(guān)注的問題項(xiàng)，圖撲軟件通過對接電力和天然氣等能耗采集傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將各個(gè)月份的用電量和用氣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，最終以折線圖的形式展示出來，供管理者直觀查看各個(gè)月的用能情況，實(shí)現(xiàn)針對性管理。

設(shè)備概況與報(bào)警情況

自動(dòng)化鋁型材擠壓生產(chǎn)線主要由鋁擠壓機(jī)、工頻加熱爐、冷鋸、回收切割渣滓裝置、淬火系統(tǒng)、中斷鋸、拉直機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。為了更好地管理產(chǎn)線內(nèi)各個(gè)設(shè)備，保障產(chǎn)線持續(xù)高效運(yùn)行，圖撲軟件接入車間設(shè)備溫度傳感器、狀態(tài)等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備報(bào)警情況和設(shè)備狀態(tài)的實(shí)施檢測，對于待處理的報(bào)警內(nèi)容按時(shí)間倒序在列表上排布，提醒維修人員盡快排查故障；對于設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)展現(xiàn)，在頁面上可直觀查看到運(yùn)行、待機(jī)、離線、異常的設(shè)備數(shù)量。

視頻監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)檢測

圖撲軟件可以對接現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流，可點(diǎn)擊查看現(xiàn)場監(jiān)控實(shí)時(shí)畫面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對現(xiàn)場實(shí)際情況的快速了解，足不出戶即可掌握實(shí)況信息。

圖撲軟件 HT 視頻融合解決方案可以將 2D 圖像融合到場景的 3D 模型中，為操作員提供直觀的視頻圖像和簡單的視圖控制。HT 視頻融合技術(shù)采用 WebGL 技術(shù)，利用 GPU 高性能計(jì)算能力對視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，圖像處理不占用 CPU 資源，整個(gè)方案畫面流暢。

自動(dòng)化擠壓產(chǎn)線工藝流程

在第三人稱漫游視角下，可操控圖撲虛擬小人來到擠壓車間門口點(diǎn)擊“點(diǎn)擊開門”字樣，車間卷簾門即會(huì)自動(dòng)打開，同時(shí)兩側(cè)浮現(xiàn)擠壓車間的數(shù)據(jù)面板，操控小人進(jìn)入廠房內(nèi)即可看到整條鋁型材擠壓生產(chǎn)線，小人走出車間后，卷簾門會(huì)自動(dòng)下放，兩側(cè)面板也隨即收起。

本案例參考真實(shí)鋁加工產(chǎn)線環(huán)境和鋁擠壓機(jī)、工頻加熱爐、冷鋸、回收切割渣滓裝置、淬火系統(tǒng)、中斷鋸、拉直機(jī)等設(shè)備的實(shí)際運(yùn)作視頻，利用圖撲 3D 可視化引擎制作出鋁型材擠壓一整套工藝流程動(dòng)畫：冷鋸切割-鋁錠加熱-放置退錠臺(tái)-開始擠壓-切割費(fèi)料-切割型材-將型材輸送至轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)-型材拉直。

首先長鋁錠進(jìn)入冷鋸床被切割成小段鋁錠，切割好的鋁錠運(yùn)送至工頻爐內(nèi)加熱，當(dāng)加熱工位都占用時(shí)，多余的鋁錠會(huì)移至退定臺(tái)暫存，加熱完后出爐去擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓出型材，擠出的型材通過在線淬火系統(tǒng)進(jìn)行淬火；淬火完成后由中段鋸將型材按需求進(jìn)行切割，再通過上/下牽引機(jī)交換協(xié)作移送型材，期間拉直機(jī)會(huì)將型材整體拉直，最后再切割成小段進(jìn)行打捆裝箱。

以可視化的形式展現(xiàn)鋁型材的整套制作過程，在大屏或自己的手機(jī)或電腦等設(shè)備上就可以直觀了解學(xué)習(xí)到產(chǎn)線各個(gè)設(shè)備工作過程和動(dòng)作原理的仿真動(dòng)畫；添加各個(gè)點(diǎn)位進(jìn)度條，點(diǎn)擊對應(yīng)工序名稱時(shí)可直接查看此階段設(shè)備運(yùn)作效果，輔以動(dòng)畫暫停和倍速功能，使得整個(gè)可視化系統(tǒng)可交互性更強(qiáng)，滿足用戶各方面的觀看需求。

冷鋸切割

采用冷銑切的鋸切方式，這種方式鋸切過程產(chǎn)生的熱量很少，可以避免切口斷面處內(nèi)應(yīng)力和材料組織的變化，同時(shí)鋸片對鋁錠有很小的壓力，不會(huì)造成錠頭變形，切口端面質(zhì)量更好。

鋁錠加熱

為了提高金屬塑性，降低變形抗力，使金屬易于流動(dòng)，獲得良好的組織與性能。采用中頻電感應(yīng)加熱的方式，此方式有加熱效果好、熱效率高、金屬氧化少、速度快、易控制等優(yōu)點(diǎn)。

鋁型材擠壓

對于實(shí)心型材，擠壓速度一般為 10~60m/min，一般來說提高擠壓速度，則要降低擠壓溫度，增大擠壓力。

淬火

擠壓型材淬火采用強(qiáng)制風(fēng)冷、自然冷卻、水霧或直接水冷方式。不同的合金的冷卻速度不一樣，對于 6 系列的鋁合金，合金含量低，多采川風(fēng)淬，不需要采用快速冷卻，也不需要重新加熱制品，直接利用擠壓余熱即可。

切割廢料

由于本案例生產(chǎn)線車間采用連續(xù)擠壓，無壓余，產(chǎn)品頭部和尾部雜質(zhì)、油污、氧化物比較多，組織不均勻，性能差，存在擠壓縮尾，所以需切掉夾頭一定長度的型材。

場景導(dǎo)航圖功能

圖撲軟件利用 Web 2D 和 3D 可視化相融合的技術(shù)，依據(jù)真實(shí)廠區(qū)的道路和環(huán)境布局，在頁面左上角制作出一個(gè)廠區(qū)導(dǎo)航地圖，地圖上標(biāo)注出了廠區(qū)各個(gè)建筑的名稱以及點(diǎn)位，點(diǎn)擊對應(yīng)點(diǎn)位視角會(huì)直接跳轉(zhuǎn)到該地點(diǎn)，方便用戶對整體三維可視化場景進(jìn)行查看。

在第三人稱視角下，還可以把人物位置和視角方向在二維導(dǎo)航圖上實(shí)時(shí)顯示出來，方便使用者實(shí)時(shí)查看自己在廠區(qū)的位置和朝向，使得此操控圖撲虛擬小人的功能達(dá)到像游戲中一樣的體驗(yàn)。

漫游

全景漫游

圖撲軟件通過 Web 3D 可視化技術(shù)，以固定路線的形式制作從廠區(qū)門口順時(shí)針環(huán)繞整個(gè)廠區(qū)一周的漫游視角動(dòng)畫，并可對漫游路線進(jìn)行暫停操作，暫停后可以 360 度環(huán)視場景，使得沒有到達(dá)過廠區(qū)的人員也可以直觀了解整個(gè)廠區(qū)的外部構(gòu)造，提前對廠區(qū)環(huán)境了解、熟悉。

第三人稱漫游

圖撲軟件通過加載虛擬人物的動(dòng)作庫，實(shí)現(xiàn)虛擬人物站立、四周探查、行走、奔跑、跳躍、落地翻滾等不同動(dòng)作效果模擬，賦予常規(guī)巡檢漫游過程中，可玩性更高的體驗(yàn)效果。

以人物仿真的形式在廠區(qū)或車間內(nèi)自由走動(dòng)查看，可使廠區(qū)員工迅速了解整個(gè)廠區(qū)的外部構(gòu)造以及車間內(nèi)部構(gòu)造，由內(nèi)而外的熟悉整個(gè)鋁制品制造工廠；并可通過操控圖撲虛擬小人在全自動(dòng)鋁型材擠壓車間內(nèi)自由走動(dòng)，以非常直觀清晰的視角查看整條產(chǎn)線上各個(gè)設(shè)備的運(yùn)作動(dòng)畫，了解產(chǎn)線上各個(gè)工藝流程運(yùn)作情況：

鍵盤 WASD 鍵控制移動(dòng)方向；

同時(shí)按 SHIFT 和 WASD 鍵控制人物奔跑；

SPACE 空格鍵控制人物跳躍；前進(jìn)時(shí)按空格則可落地翻滾；

鼠標(biāo)左鍵控制人物視角朝向；

鼠標(biāo)右鍵控制相機(jī)視角朝向；

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，各工廠、企業(yè)等都在追求使用更智能、便捷的技術(shù)，可視化技術(shù)作為新時(shí)代工業(yè)制造領(lǐng)域展示、管理強(qiáng)有力的工具，可以助力廠區(qū)管理更加節(jié)能高效，早日實(shí)現(xiàn)新時(shí)代智慧工業(yè)產(chǎn)線可視化管理的目標(biāo)。

審核編輯黃宇