摘 要

智能制造作为新世纪工业制造领域的最新发展模式，其结合数字孪生、虚拟现实、半实物仿真和互联网等多方面技术，对资源和信息进行整合和再分配，极大地提高了资源利用率和工业生产的效率，同时将工业生产的水准提升到了全新领域，有第四次工业革命之称。制造业作为我国国民经济的重要支柱产业，如何更好地改革创新、转型升级，对我国巩固大国地位、保障国家安全、成为世界强国有着重要意义，因此进行“智能制造生产线实时仿真系统的研究与开发”具有重要的实际工程应用价值。

本文首先根据课题需求，对智能制造生产线实时仿真系统进行了需求分析和概括，并根据已有理论展现了智能制造的概念图，通过分析结果，制定了机器人二次开发和机床PLC二次开发功能模块的设计。通过数字孪生、半实物仿真设计了智能生产线实时仿真系统的结构框架。之后借助Unity3D完成虚拟平台的搭建，并通过RobotStudio和VS2013，使其建立数据通讯，达成同步运行的效果。并对其数据进行实时回收处理，可以做到实时的数据互通和对数据的合理利用，具备自我修正误差，自我纠错功能。达成完整的负反馈调节机制。最后本文设计了更简洁清晰的人机交互界面和场景漫游功能，可以使用户对智能制造生产车间能清晰有效的有着全方位、多角度的了解。

关键词：智能制造；Unity3D；RobotStudio；工业机器人；同步运行；数据驱动

Abstract

As the latest development mode in the field of industrial manufacturing in the new century, intelligent manufacturing combines digital twin, virtual reality, hardware-in-the-loop simulation and internet technologies to integrate and redistribute resources and information, it has greatly increased the efficiency of resource utilization and industrial production, while raising the level of industrial production to a whole new field, known as the Information revolution. As an important pillar industry of China's national economy, how to better reform and innovate, transform and upgrade is of great significance for China to consolidate its status as a great power, safeguard national security and become a world power, therefore, the research and development of real-time simulation system for intelligent manufacturing line is of great value in practical engineering.

Firstly, according to the requirement of the project, the requirement of the real-time simulation system of the intelligent manufacturing production line is analyzed and summarized, and the concept map of the intelligent manufacturing is presented according to the existing theory, the second development of robot and the second development of machine tool PLC are designed. The architecture of real-time simulation system of intelligent production line is designed by digital twin and hardware-in-the-loop simulation. UNITY3D was then used to build the virtual platform, and robots studio and VS2013 were used to set up data communications for syncing. Real-time data recovery and processing, can achieve real-time data interchange and the rational use of data, with self-correction error, self-correction function. Complete the negative feedback regulation mechanism. Finally, this paper designs a more concise and clear man-machine interface and scene roaming function, which can make users have a clear and effective understanding of the intelligent manufacturing workshop.

Key words：Intelligent manufacturing; Unity3D; RobotStudio; Industrial robots; Synchronous operation; Data driven

目 录

摘 要 II

Abstract II

第1章 绪论 3

1.1 研究背景 3

1.2 国内外研究现状 4

1.2.1 国外研究现状 4

1.2.2 国内研究现状 5

1.3 研究目的和组织结构 6

1.4 本章小结 7

第2章 机器人的二次开发 8

2.1 RobotStudio的开发优点 8

2.1.1 虚拟机器人技术 8

2.1.2 工作站的建立 8

2.1.3 实时仿真监测反馈 8

2.2 RobotStudio的开发架构 9

2.3 机器人二次开发方法 9

2.3.1 创建机器人系统和工具搭建 10

图2 虚拟仿真环境机器人模型 10

2.3.2 模块设计 10

2.3.3 数据优化模块 11

2.3.4 RobotStudio同步运行轨迹建立 11

2.3.4 RS与VS建立虚拟通讯 12

2.4 本章小结 13

第3章 机床和PLC的二次开发 15

3.1 数字化控制系统二次开发 15

3.2 数字化控制系统二次开发的必要性 15

3.3 华中8型数控系统性能特点 15

3.4 华中8型数控系统二次开发功能模块设计 16

3.4.1 功能需求分析 16

3.4.2 二次开发功能模块设计 16

3.5 本章小结 17

第4章 UGUI界面设计与功能实现 18

4.1 界面设计 18

4.1 功能实现方式 19

4.3 场景漫游功能实现 19

4.4 本章小结 20

第5章 结论及展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 22

参考文献 24

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景

制造业是国民经济的重要组成部分，对于我国目前的发展现状而言，制造业更是我国最主要的经济支柱。早在2012年，我国制造业产值在全球制造业产值中便占有20%[^[1]]，与世界第一大经济体美国相当。成为了名副其实的制造大国，但由于历史原因等多方面的影响，我国的制造业起步较晚，较发达国家还有着一定差距，形成了我国目前制造业大而不强的特点。同时伴随着资源紧张、环境污染、劳动力价格大幅度提升等一系列问题，如何对我国目前的制造业进行转型升级、更新换代，成为了我们目前首先要面对的问题。