焊接虚拟仿真培训系统
基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学
基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学作者：王文军来源：《现代职业教育·高职高专》2017年第12期[摘要] 传统的焊接机器人教学方法主要是演示，受设备限制教学内容单一，由于学生人数多操作时间少，教学效率低，质量不高，提出基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学，通过工业机器人离线编程仿真软件实现教学，有利于高效地组织教学且直观形象，大大提高了学生的学习兴趣，效果良好.[关键词] 焊接；工业机器人；虚拟仿真；Robotstudio[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）34-0209-01中国制造2025的核心是创新驱动发展，主线是工业化和信息化两化融合，重点发展智能制造等领域。
在智能制造的背景下工业机器人得到快速发展，2013年，中国工业机器人销售量达到3.7万台，超过日本，成为全球最大的工业机器人市场，工信部制定的我国机器人产业“十三五”规划的主要目标就是到2020年，每万名制造业工人拥有机器人达到100台以上，因此未来几年，中国工业机器人将呈现井喷式增长。
智能制造行业迅速发展，迫切需要大量工业机器人行业的人才，作为高职院校，应当承担起培养既懂理论又能熟练编程、操作工业机器人的高素质技术技能型人才的责任。
近两年，随着工业机器人行业的迅猛发展，很多高等职业院校在积极申报、开设工业机器人技术专业，但是工业区机器人方面的师资力量相对薄弱，而且工业机器人教学设备价格昂贵，且有一定的危险性，操作不当会导致人身伤害或者设备损坏。
因而教学过程中很难实现学生人手一台工业机器人来组织开展教学，加之教师演示为主的教学模式学生参与性有限，教学效果欠佳。
通过引入虚拟仿真教学，实现教学资源合理分配，从而保证学生有充分的时间练习，同时减少实践过程中存在的安全隐患，达到低成本、高效率的教学效果。
一、焊接机器人教学现状目前工业机器人教学设备品牌众多，且价格不菲，难以实现教学过程中学生人手一台进行实际操作，老师依靠仅有的少量教学机器人给学生演示，一开始学生兴趣尚浓，但是只看不做，或者很多学生围着一台机器人，每个学生的操作时间非常有限，久而久之，学生会觉得索然无味，而且，教学组织难度大，效率非常低，对学生的动手操作能力、创新意识的培养难以奏效。
基于虚拟现实的仿真培训系统设计
基于虚拟现实的仿真培训系统设计虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机等技术模拟环境和情境的交互式三维虚拟体验系统。
虚拟现实技术的快速发展和广泛应用，已经渗透到了各行各业。
在培训领域，基于虚拟现实的仿真培训系统设计成为了一种新的趋势。
本文将探讨基于虚拟现实的仿真培训系统的设计与实施。
仿真培训是指通过模拟真实环境和情境，以模拟真实场景中的任务和操作，提供实践培训效果的一种培训方法。
相比传统的培训方式，仿真培训可以提供更加直观、真实的体验，帮助学员更好地理解和记忆知识，提高学习效果。
虚拟现实技术通过模拟真实场景，使学员可以身临其境地进行操作和实践，是实现仿真培训的理想工具。
基于虚拟现实的仿真培训系统设计旨在提供一个交互式、多感官的学习环境，帮助学员通过在虚拟现实世界中的互动体验来强化学习效果。
在设计基于虚拟现实的仿真培训系统时，有几个关键要素需要考虑。
首先，要确保系统拥有高度真实的仿真环境。
这需要设计师使用先进的三维建模技术、物理仿真技术等，来创造一个逼真的虚拟世界。
通过模拟真实环境中的物体、声音、光线等元素，使学员能够感受到真实环境中的氛围和细节，提高学习的沉浸感。
其次，系统应该具备交互性和自适应性。
学员可以在虚拟世界中进行各种操作和实践，例如操作设备、解决问题、模拟危险情境等。
同时，系统应能够根据学员的需求和水平，自动适配培训内容和难度，以提供个性化的学习体验。
另外，系统应该支持多媒体教学和实时反馈。
学员可以通过音频、视频等多媒体方式获取知识和指导。
同时，系统应能够给予学员实时的反馈和评估，以便学员及时调整和改进实践方法。
此外，虚拟现实的仿真培训系统应具备可定制性和可扩展性。
培训机构和企业可能需要定制特定的培训内容和流程，系统应具备灵活的配置和定制功能。
同时，系统也应能够支持不同规模和复杂程度的培训需求，具备扩展性，以适应不同的应用场景。
基于虚拟现实的仿真培训系统的实施需要一系列步骤和过程。
VR焊接模拟器技术方案(纯方案
VR焊接模拟器技术方案(纯方案一、概述近年来，随着虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术的不断发展和应用，各行各业都开始探索如何利用VR技术来提升工作效率和培训质量。
焊接是许多制造业中重要的工艺之一，因此，研发一种能够提供真实焊接模拟的VR技术方案是非常有意义的。
本方案旨在介绍一种基于VR技术的焊接模拟器技术方案。
二、技术原理VR焊接模拟器的技术原理是基于虚拟现实技术和物理仿真技术的结合。
首先，通过VR设备（如头戴式显示器和手柄控制器）将用户带入虚拟的焊接工作环境中。
然后，利用虚拟现实技术实时渲染真实的焊接场景，包括焊接设备、焊接材料、焊接烟雾等，并提供交互性的操作界面。
最后，结合物理仿真技术，模拟真实的焊接过程，包括焊接位置、焊接弧长、电流强度等参数的控制。
三、系统架构硬件方面，系统需要包括VR设备（如头戴式显示器和手柄控制器）、计算机系统以及传感器等。
其中，VR设备用于提供沉浸式的焊接体验，计算机系统用于运行虚拟焊接模拟软件，传感器用于捕捉用户的动作和手势。
软件方面，系统需要包括虚拟焊接模拟软件和物理仿真引擎。
虚拟焊接模拟软件用于生成虚拟的焊接工作环境，包括焊接设备、焊接材料等，并提供交互性的界面。
物理仿真引擎用于模拟真实的焊接过程，包括焊接的位置、焊接弧长、电流强度等参数的控制。
同时，软件还需要提供实时渲染和交互功能，以便用户能够感受到真实的焊接过程。
四、技术优势1.安全性：传统焊接培训需要实际的焊接设备和材料，存在一定的安全风险。
而VR焊接模拟器通过虚拟环境提供焊接培训，可以在无风险的情况下进行真实的焊接模拟。
2.效率：传统焊接培训需要安排专业的导师进行指导，花费大量的时间和资源。
而VR焊接模拟器可以随时随地进行培训，不受时间和地点的限制，大大提高了培训的效率。
3.反馈与评估：VR焊接模拟器可以提供实时的反馈和评估功能，通过分析用户的焊接过程和结果，给予相应的评价和建议。
第三代虚拟焊接综合仿真实训系统方案
7.1.7
可将学员列表中的自由设备添加到自己的教学组。可以修改登录密码、设置公差等级的具体参数。
7
可以向虚拟焊接设备发送任务；查看课程信息、任务信息、学生信息和成绩；对教师进行管理；分配虚拟焊接设备设备。管理员分为七个部分：设备监控、课程设计、任务设计、教师管理、学生管理、成绩管理和系统设置。
26)虚拟焊接仿真实训系统可在不浪费昂贵耗材的情况下，多次进行同一项训练。
27)系统配备视景眼镜，在不需要真实焊材和环境的情况下，可在视野中看到模拟的焊接作业环境和焊接效果，如焊接电弧、火花飞溅以及焊液从生成、流动到冷却的过程，并听到相应的声音，产生强烈的身临其境之感。
28)使用焊接模拟培训系统，任何焊接动作所对应的参数都能被跟踪、记录，学员可回放焊接过程；通过演练过程中参数的不同变化来对学员的焊接动作规范及焊接质量进行精确地分析，这些信息能由服务器进行处理，归档，便于对学员的学习过程进行跟踪。
8)
多层多道演练
支持三种焊接方法的多层多道演练
9)
教学辅助
工艺参数考核、智能专家帮助提示、焊接过程回放、观摩系统、焊接过程立体渲染
6
1)该系统适用于多种焊接类型，可模拟三种不同的焊机，其中包含：二氧化碳保护焊、焊条电弧焊、TIG氩弧焊。
2)该系统可进行多角度、全位置焊接演练。通过更换焊件，可模拟多种不同的焊接方式，例如平焊、立焊、横焊、仰焊等；适用于对接、T接等接头形式。
3
虚拟焊接系统的特点：
1、系统采用AR技术进行焊枪和工件的追踪，成本更低。
2、系统采用虚实交互的AR技术方式，相对于纯粹的虚拟现实交互，沉浸感更强。
3、系统整体设计相对体积小，方便移动便携。方便扩展到工业试焊领域。
虚拟焊接培训系统开发研究与发展
设、 造船 、 制造业 等行业 中。传统 的焊接培训模式 ， 不
仅 消耗 大量 的焊条 和工 件 ， 训 成 本 高 ， 培 而且 会 因焊 接 作 业 时有 毒有 害 气 体 、 接 烟 尘 、 尘 、 光 、 外 线 、 焊 粉 强 紫
俘 搭 焊接模拟培训 Ｉ
虚 拟 焊 接 培 训 系 统 开 发 研 究 与 发 展
西安 交通 大 学金 属 材料 强度 国家重 点 实验 室（ １０ ９ ７０４ ）
摘要
杨
珍
牛
靖
张 建勋
虚拟焊接培训系统 的技术核 心是 采用 虚拟现实技术 、 计算机图形学 、 数据采集 与处理相 结合 的方 法 ， 将
角进行 判 断 ， 由 电弧 声 模 拟 与 报 警 系 统 实 时 反 馈 。 并
文 献 ［ ］ 虚拟 焊接 仿真 系统 进 行 了详 细 介 绍 ， ３对 将 虚 拟仿 真 系统 分为 ３类 ： 合 现 实 式 、 混 光学 电磁 跟 踪 式
和 机械 跟踪 式 。文 中从 焊枪 空 间位 置 检测 角 度 对 国 内
系统是 一种 低 耗 、 时 、 效 的 焊工 培 训 系 统 。它 采 用 省 高
了改进方 法 。２０ Ｊ ０９年 ， 班 牙 加 迪 斯 大 学 在 一 篇 论 西
文 中阐述 了对 虚拟 焊接 培训 系统 的认 识 。 国 内最早 是 哈 尔 滨 工 业 大 学 在 １８ ９ ７年 开 始 虚 拟
辐射以及电磁 污染 等有 害物 质的产生 ， 对焊工 的身体 造 成一 定 的危 害 。
基于数值模拟的焊接虚拟仿真实验教学软件设计与实现
基于数值模拟的焊接虚拟仿真实验教学软件设计与实现近年来，虚拟仿真技术在教学领域得到了广泛应用。
基于数值模拟的焊接虚拟仿真实验教学软件能够以直观形象的方式展示焊接过程，并进行实时的数值模拟，有助于学生理解焊接原理和技巧，提高实践操作能力。
本文将介绍基于数值模拟的焊接虚拟仿真实验教学软件的设计与实现方法。
首先，我们需要对焊接过程进行数值模拟。
焊接过程包括熔化、液池形成、焊缝形成和固化等过程，涉及到多种物理场如热传导、流体流动和相变等。
因此，我们需要基于有限元方法建立焊接过程的数值模型，并利用数值方法求解模型，得到焊接过程的数值模拟结果。
在数值模拟部分，首先需要建立焊接过程的几何模型。
通常，焊接过程可以简化为一个三维几何模型，包括焊头、焊接材料和焊接工件。
焊头可以根据实际情况进行建模，其形状和温度分布是影响焊接过程的重要因素。
焊接材料和焊接工件的几何形状对焊接过程也有一定影响，需要进行准确建模。
建立几何模型后，需要确定焊接材料的材料特性和焊接工艺参数。
焊接材料的热导率、热膨胀系数和熔点等是数值模拟中必须考虑的物理特性。
焊接工艺参数包括焊接速度、焊接电流和焊接电弧长度等，对焊接过程的运行状态有直接影响。
接下来，需要对焊接过程的物理场进行数值求解。
焊接过程中涉及到的物理场包括热传导、流体流动和相变等。
对于热传导问题，可以利用热方程进行求解，考虑热源、材料特性和边界条件等。
对于流体流动问题，可以利用流体动力学方程进行求解，考虑焊接材料的熔化和液相流动等。
对于相变问题，可以利用相变方程进行求解，考虑焊接材料的熔化和凝固等。
在数值模拟结果的可视化方面，可以采用计算机图形学的方法将焊接过程的数值结果可视化为三维图像。
通过调整视角和焊接速度等参数，可以观察焊接过程中液池形成、焊缝形成和固化等重要过程。
同时，可以对焊接过程的数值结果进行分析，比如温度分布、熔池形状和焊缝质量等。
除了数值模拟部分，焊接虚拟仿真实验教学软件还需要提供交互式的实验界面和相关功能。
VR焊接模拟器技术方案(纯方案,44页)
ONEW-360VR焊接模拟器
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ONEW-360VR焊接模拟器是武汉湾流科技股份有限公司自主研发的虚拟仿真焊接训练产品。该产品能让学员在高度仿真的模拟环境下进行焊接技能的高效训练，让训练者能够感受到真实的焊接过程。
凳面采用E1级环保板材，厚度1.6cm，凳面四圈铁盘加厚，防撞圆角，无缝焊接而成，凳面颜色为橡木色，凳架由20*40mm加厚方管制成，架颜色为白色，无尘喷漆，防滑脚垫。
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教师端管理系统是焊接仿真器的教师服务器控制端，能够监控学员的实训设备训练的状态及数据，可远程管理多台实训设备，管理学员注册及登录，管理学员训练的数据结果并可随时抽取查看，进行教学演示，实时训练成本估算等。
按照实训场地建设规范要求，进行实训中心整体装修设计，对实训室入口、实训室内进行一体化文化设计，提炼文化主体，并采用造型、宣传画框等形式进行设计与建设；色彩搭配应符合实训室特点。提供30个座位桌椅。桌面采用E1级环保板材，安全圆角桌面，桌面厚度2.5cm，桌面颜色橡木色；层板为E1级环保板材，厚度1.6cm；桌子结构架为15*50mm方管，管壁厚度1.2mm制成，防锈防掉漆，防裂口，桌架颜色为白色，无尘喷漆，桌脚配可调节脚套。
该产品可以有效地和周围真实的环境进行互动，让训练者处于高度逼真的环境中，有效促进操作者完全投入到当前的任务中。焊接训练模拟技术适用于新一代焊接人员的培训和焊接就业教育，在一般的培训教室即可进行培训工作。对于有经验的训练者，本产品系统提供高训练平台，通过视觉、听觉和触觉来操作完成一个好的焊缝；并且，本产品可以精确地测量到操作信息，训练者可以从中学到要点并能简便有效地将这些焊接技能转化到实际的焊接工作中。
焊接操作仿真训练模拟
焊接操作仿真训练模拟器采用分布式仿真实训技术、虚拟现实技术、微机测控技术、声音仿真技术及计算机图像实时生成技术。
在不需要真实焊机的情况下，通过仿真主控系统、位置追踪系统，将焊接演练过程中焊枪的位置、速度和角度等进行采集处理，并实时生成虚拟焊缝。
将仿真操作设备、实时3D技术及渲染引擎相结合，演练过程真实，视觉效果、操作手感与真实一致。
在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时听到相应的焊接音效。
实现教师端各项功能，分别是：监控、课程设计、任务设计、学生管理、成绩管理、任务共享和系统设置。
教师机用于制定任务，供学生练习和考试，在考试完成后可以查看测试成绩，并对学生进行管理。
1、教师软件功能（1）监控选择虚拟焊接设备，向其发送训练或测试任务。
每台设备应可以同时接受不同类型的课程，或进入不同的模式。
（2）课程设计可以对课程内容进行设置，应包括：课程名称、任务等，并可方便的添加和删除。
应可以查看课程信息：选择一个节点，显示出该节点的详细信息。
（3）任务设计应可以对任务内容进行设置，须包括：任务名称、目的、焊机类型、接口类型、焊接位置、坡口类型和母材厚度等。
应可查看该教师设计的任务：选择一个节点显示出该节点的详细信息。
（4）学生管理应可以新建年级、新建专业、新建班级等。
（5）成绩管理须可以查看自己所管理班级的课程成绩单、学生测试成绩单、任务详细成绩单。
须能以文字报告、焊接参数曲线显示训练结果。
（6）任务共享须实现查看其它教师所设计的任务并能共享。
选择要查看的教师，任务列表中须显示出所有的任务，单击某一任务应可以查看任务详细信息。
（7）系统设置须可将学员列表中的自由设备添加到自己的教学组。
可以修改登录密码、设置公差等级的具体参数。
2、管理员功能须可向虚拟焊接设备发送任务；能查看课程信息、任务信息、学生信息和成绩；对教师进行管理；分配虚拟焊接设备设备。
管理员分为七个部分：设备监控、课程设计、任务设计、教师管理、学生管理、成绩管理和系统设置。
虚拟焊接仿真系统研究进展
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设备焊接工艺中的虚拟现实技术应用案例分享与效果评估
设备焊接工艺中的虚拟现实技术应用案例分享与效果评估在设备焊接工艺中，虚拟现实技术的应用已经成为一种趋势。
本文将分享几个虚拟现实技术在设备焊接中的应用案例，并对其效果进行评估。
虚拟现实技术（VR）作为一种先进的数字化技术，在各个领域都有着广泛的应用。
在焊接工艺中，VR技术可以提供许多优势，包括提高效率、降低成本、提升安全性等方面。
下面将介绍几个在设备焊接领域中应用VR技术的案例。
首先，虚拟焊接培训是VR技术在设备焊接中的常见应用之一。
传统的焊接培训通常需要实际的焊接设备和材料，这不仅成本高昂，而且有安全隐患。
通过VR技术，焊接工人可以在虚拟环境中进行仿真焊接操作，模拟真实的焊接场景，包括不同焊接角度、材料和环境条件。
这种虚拟培训可以帮助焊接工人提高技能，减少实际操作中的错误和事故发生率。
其次，虚拟现实技术还可以用于焊接过程的仿真和优化。
在焊接工艺中，优化焊接参数对焊接质量和效率至关重要。
借助VR技术，焊接工程师可以在虚拟环境中模拟不同的焊接参数，如焊接电流、电压、焊丝速度等，以找到最佳的焊接参数组合。
这样的虚拟仿真可以节省大量的时间和成本，同时提高焊接质量。
另外，虚拟现实技术还可以用于焊接过程的监控和质量检测。
通过在焊接设备上安装VR摄像头和传感器，可以实时监测焊接过程中的各项参数，如焊缝形状、焊接温度、焊接速度等。
这些数据可以通过VR 界面实时显示，并与理想的焊接标准进行比较，及时发现并修正焊接过程中的问题，确保焊接质量。
最后，虚拟现实技术还可以用于焊接工艺的培训和知识传承。
通过制作虚拟现实培训课程和教学资源，可以将丰富的焊接经验和技术知识传授给新手焊接工人，提高他们的技能水平和工作效率。
这种虚拟培训不受时间和空间的限制，可以随时随地进行，为焊接工作者提供了更加便捷和有效的学习途径。
综上所述，虚拟现实技术在设备焊接工艺中的应用具有广阔的前景和巨大的潜力。
通过虚拟焊接培训、焊接过程仿真优化、监控和质量检测以及知识传承等方面的应用，可以提高焊接工艺的效率和质量，降低成本和风险，推动焊接行业的发展和进步。
虚拟焊接技术在汽车焊接实训中的运用吴刚
虚拟焊接技术在汽车焊接实训中的运用吴刚发布时间：2021-10-25T07:38:27.169Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第12期作者：吴刚[导读] 改革开放以来，我国已经成为真正意义上的世界焊接大国，对焊接技术人员的需求与日俱增，据国家技术发展委员会提供的数据显示，中国焊接市场人才缺口高达60万。
因此，培养出一大批适应社会经济需求的焊接专业人才是当前高职焊接专业教育的重中之重。
众所周知，在汽车工业中，从白车身到零部件，焊接是必不可少的重要环节，焊接质量直接影响汽车的安全性与舒适性。
江苏省徐州技师学院江苏徐州 221000摘要：改革开放以来，我国已经成为真正意义上的世界焊接大国，对焊接技术人员的需求与日俱增，据国家技术发展委员会提供的数据显示，中国焊接市场人才缺口高达60万。
因此，培养出一大批适应社会经济需求的焊接专业人才是当前高职焊接专业教育的重中之重。
众所周知，在汽车工业中，从白车身到零部件，焊接是必不可少的重要环节，焊接质量直接影响汽车的安全性与舒适性。
关键词：虚拟焊接技术；汽车；焊接实训；运用1焊工技能培训研究背景随着我国产业结构的调整和制造业技术的发展，以及国际贸易的对接，对焊接人才的技术水平和专业素质提出了更高的要求，特别是在船舶、轨道交通、锅炉压力容器、建筑钢结构等领域，管道、电站设备、工程设备、军事装备等领域。
在焊工技能认证培训中，由于时间紧，学员的能力水平参差不齐。
为了保证培训效果，提高培训效率，大多数培训部门优化教学方法，合理运用现代信息和数字技术，理论联系实际，虚拟与现实相结合进行培训。
虚拟现实焊接设备是将虚拟现实技术、计算机图形学和视景仿真技术相结合进行焊接技能训练的一种新型设备。
虚拟现实焊接设备致力于保证焊工焊接操作技能的全面培训和发展，同时缩短培训时间，降低培训成本、耗材和能耗。
使用该设备进行培训，可以节约培训成本，缩短培训时间，消除传统培训对焊工健康的危害，起到绿色环保的作用。
焊接设备操作技能培训的虚拟仿真实践与效果评估
焊接设备操作技能培训的虚拟仿真实践与效果评估在进行焊接设备操作技能培训时，虚拟仿真技术在实践中的应用和效果评估至关重要。
通过虚拟仿真，学员可以在安全的环境中模拟真实操作，提升技能水平，减少安全风险。
本文将探讨虚拟仿真实践的重要性，评估其效果，并探讨其未来发展趋势。
## 虚拟仿真在焊接设备操作技能培训中的应用虚拟仿真技术通过模拟真实场景，为学员提供了一个无风险的学习环境。
在焊接设备操作技能培训中，学员可以通过虚拟仿真软件进行各种操作，如设备开启、焊接工艺选择、焊接技巧实践等，而无需担心实际设备操作可能带来的危险。
此外，虚拟仿真还可以模拟各种复杂情况和故障，帮助学员熟悉应对突发情况的能力。
例如，模拟设备故障、材料选择错误等情况，让学员在虚拟环境中学习解决问题的方法，提高应对实际工作中可能遇到的挑战的能力。
## 虚拟仿真实践的效果评估对于焊接设备操作技能培训中的虚拟仿真实践，需要进行系统的效果评估。
评估指标包括但不限于以下几个方面：1. **技能提升程度**：通过对学员在虚拟仿真环境下的操作表现进行评估，分析其技能水平的提升程度。
2. **安全意识培养**：评估虚拟仿真对学员安全意识的培养效果，包括事故预防意识、应急处理能力等。
3. **学习效率**：比较虚拟仿真培训与传统培训方式下学员的学习效率，包括学习时间、学习成本等方面的评估。
4. **操作准确度**：评估学员在实际操作中的准确度和效率，分析虚拟仿真对操作技能的提升效果。
通过以上评估指标的综合分析，可以全面评估虚拟仿真在焊接设备操作技能培训中的实际效果和价值，为培训方案的优化和改进提供依据。
## 虚拟仿真技术的未来发展趋势随着技术的不断发展，虚拟仿真技术在焊接设备操作技能培训中的应用也将不断完善和拓展。
未来的发展趋势可能包括但不限于以下几个方面：1. **增强现实技术应用**：结合增强现实技术，将虚拟仿真场景更加真实地呈现给学员，提升学习体验和效果。
基于虚拟现实技术的电力系统操作培训仿真系统设计
基于虚拟现实技术的电力系统操作培训仿真系统设计虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种让用户融入并与虚拟环境进行互动的技术手段。
近年来，VR技术在各个领域得到广泛应用，其中之一就是电力系统操作培训仿真系统的设计。
本文将从需求分析、系统设计、操作培训等方面阐述基于虚拟现实技术的电力系统操作培训仿真系统的设计。
一、需求分析电力系统操作培训是培养电力系统运维人员的重要环节。
然而，传统的操作培训模式存在诸多问题，如受场地、设备条件限制，无法真实再现线路故障、设备操作等情况。
基于虚拟现实技术的电力系统操作培训仿真系统能够有效解决以上问题。
根据需求分析，电力系统操作培训仿真系统应包括以下功能：1. 真实模拟电力系统环境：通过虚拟现实技术，系统能够创建一个真实细致的电力系统环境，包括变电站、输电线路、变压器等组成部分，使操作人员能够身临其境地进行培训。
2. 线路故障模拟：系统应能模拟各种线路故障情况，如短路、开路等，培训人员通过操作仿真系统能够学习正确应对和处理各种正常和故障情况的技能。
3. 设备操作模拟：仿真系统应模拟电力系统中各种设备的操作，如开关、断路器等，使培训人员能够熟悉设备的使用方法和操作流程。
4. 交互与反馈：系统应提供交互功能，培训人员通过虚拟环境内的交互设备（手柄、触控屏等）进行操作。
系统还应及时给予培训人员关于操作的反馈信息，以帮助他们更好地理解和应对各种情况。
5. 知识点学习和考核：仿真系统应设计相应的电力系统知识点学习模块，培训人员可以通过学习模块进行相关知识的学习和巩固。
在培训结束后，系统还应提供相应的考核机制，评估培训人员的学习效果。
二、系统设计基于以上需求，我们可以设计出以下基本架构和技术支持：1. 虚拟现实设备：选择合适的虚拟现实设备，如头戴式显示器（Head-mounted Display，简称HMD）、交互设备（手柄、触控屏等），以提供沉浸式的体验和操作交互。
基于SimPro和TIA的多机器人协同焊接虚拟仿真
文章编号：2095－6835（2022）06－0178－04基于SimPro和TIA的多机器人协同焊接虚拟仿真＊刘双耀，程文锋（浙江机电职业技术学院，浙江杭州310053）摘要：多机器人协作系统因运动灵活性高、负载能力强及加工范围广而被大量运用于复杂零部件的加工制造中。
主要对焊接柔性生产线双机器人如何协同焊接进行了仿真设计与分析。
首先基于KUKA SimPro3.1对机器人工作站的实际加工环境进行仿真设计，配合西门子博图（TIA）PLC模块（S7-PLCSM），在上位机端完成机器人之间的逻辑信号交互动作的虚拟，最终实现多机焊接工作站系统的离线编程。
通过模拟真实焊接环境，仿真方案可大幅度减少现场调试难度，优化焊接工艺，提升多机器人协作系统的设计效率与质量，并进一步为实际产线提供有效参考。
关键词：机器人；协同焊接仿真设计；离线编程；虚拟仿真中图分类号：TP242.2文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.06.056“中国制造2025”提出后，制造业面临着新转型，工业机器人发挥着很大的作用[1]。
工业机器人目前被广泛应用于搬运、码垛、装配、打磨、焊接、铆接、冲孔、切料等场景。
其中焊接机器人的应用最为广泛，焊接机器人已经逐渐被各类企业大量使用[2]。
焊接机器人具有很大的优势，能够大大提高工作效率。
工业机器人虚拟仿真技术的意义不仅仅在于可以编辑机器人程序，更重要的是可以模拟很多应用场景，也可以仿真产品的某些位置，查看是否影响机器人的动作，有问题可及时与三维设计工程师沟通。
这既提高了对工业机器人工作站进行编程调试的效率，也能够有效地解决在高校教学过程中硬件设备的局限性等问题[2]。
刘文光[1]在KUKA SimPro中搭建虚拟工业机器人码垛工作站，确定码垛货箱的垛型，完成编程调试，仿真运行验证码垛过程中KUKA工业机器人TCP轨迹的可行性和合理性。
王建菊[3]研究了ABB机器人工具的搭建、码垛程序的仿真优化设计，为工业机器人应用在码垛领域提供理论依据。
PDPS机器人虚拟调试 弧焊仿真 第六课 机器人弧焊仿真示教
PDPS机器人虚拟调试弧焊仿真第六课机器人弧焊仿真示教接着上一讲，弧焊焊道创建完成后，开始机器人焊接仿真示教。
1、创建弧焊操作：将上一课创建的焊道重新命名，以便于区分。
选择OP10工位新建连续特征操作（用于弧焊、激光焊接、涂胶等操作），然后输入操作名称、选择机器人和对应的焊道后确定，完成弧焊操作创建，如下图所示；2、焊道投影命令：选择刚刚创建的弧焊操作，然后点击工具栏工艺一栏下面的投影弧焊焊缝命令，如下图所示；3、焊道投影平面选择：在投影弧焊焊缝对话框中，直接双击或者先选择底面/侧面图标（图中1），然后点击编辑按钮（图中2），弹出编辑制造特征数据对话框，选择投影到面，然后按下图所示的顺序选择焊道的底面和侧面，确定；4、焊道投影：焊道投影平面全部选择完成后如下图所示，在投影弧焊焊缝对话框中，可以进行一些参数的设定，设定完成后点击项目开始投影，弹出对话框选择是；5、投影完成后R列出现一个对号，若出现红X则表示投影失败，在视图中可以看到出现坐标点，同时机器人焊接操作下面出现三条焊道，每条焊道两个点位；6、焊点姿态调整：将RB1焊接操作添加到路径编辑器窗口，添加机器人当前位置作为Home点，然后选择焊道起始点，点击鼠标右键选择焊炬对齐命令，调整焊道姿态；7、添加过度点：参照PS篇章节添加机器人焊接路径过度点，完成后设置焊接速度为10mm/s，然后选择所有的点位设置其外部轴数值；8、重复上述步骤，完成其他焊道投影，机器人焊接操作创建、仿真示教，完成后将OP10工位设置为当前操作，在序列编辑器窗口中按工艺顺序链接各操作，最后点击播放按钮查看完整仿真动作，如下图所示；9、如下图所示，双击两操作之间的连接线打开连杆属性对话框，可以设置一个延迟时间，即等待时间；以上即为机器人弧焊仿真示教，有些步骤未详细叙述，可参见PS篇章节内容。
虚拟仿真实训系统解决处理方案总结
大娱号虚拟仿真实训系统解决方案VSTATION HD （V1.0）近年来，由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡，虚拟仿真实训在高职教育中开始得到广泛的应用，成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。
虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体,构成一个虚拟仿真教学系统。
虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心，具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点。
这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练，为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。
目前，高职院校很多专业，如外语教学、旅游专业、数控技术、焊接技术、机电技术、食品加工、服装设计等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。
虚拟仿真实训教学，已经逐渐成为高职院校教学变革的一种有效手段。
范文范例学习指导总体需求分析1. 1情景”的定义： ..................................... 4•…1. 2为什么要在教学中使用 虚拟仿真实训系统”？ (5)1 . 3根据教学建设，用户需求归纳如下： ................... 6.. 二、 设计原则 .............................................. 7.… 三、 大娱号虚拟仿真实训系统概述 ............................ 9.… 四、 大娱号虚拟仿真实训系统系统运行原理示意图 ： .......... 1.1 五、 大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点 ..................... 12.. 六、 与教材同步完备的虚拟场景库 ........................... 18.... 七、 大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点 ..................... 20.. 八、 大娱号虚拟仿真实训系统配置与指标 ..................... 22.. 九、 系统技术支持及服务 ................................... 24....、八............................................................................................. 2 .............一、总体需求分析通过运用学语言，已经为越来越多的教师认同。
焊接虚拟仿真实训室建设方案(纯方案,54页)
目录五、投标产品技术方案 (3)5.1 双工位型焊接模拟器 (3)5.1.1 双工位型焊接模拟器系统概述 (5)5.1.2 双工位型焊接模拟器系统功能特点 (6)5.1.3 双工位型焊接模拟器功能简介 (8)5.1.4 双工位型焊接模拟器操作说明及系统界面 (9)5.1.5 系统功能说明 (11)5.1.6 教师端管理系统概述 (14)5.1.7 教师端管理系统简介 (15)5.1.8 教师端管理系统功能说明 (16)5.2 CAXA软件 (17)5.2.1 CAXA实体设计软件 (17)5.2.2 CAXA制造工程师软件 (21)5.2.3 CAXA数控车软件 (24)5.2.4 CAXA工艺图表技术软件 (25)5.2.5 CAXA网络DNC软件 (27)5.3 仿真软件 (28)5.3.1 整体功能 (28)5.3.2 软件系统 (29)5.3.3 机床类型 (29)5.3.4 仿真系统功能 (29)5.4 仿真实训室建设配套硬件 (31)5.4.1 服务器 (31)5.4.2 计算机 (32)5.4.3 二层交换机 (33)5.4.4 服务器机柜 (34)5.4.5 投影设备 (35)5.4.6 扩音系统 (36)5.4.7 触摸屏电脑 (37)5.4.7 体验中心桌椅 (38)5.4.8 教师桌椅 (38)5.5 加密锁 (39)5.6 综合网络改造工程 (39)5.7 投影设备 (39)5.8 展示柜 (39)5.9 改造装饰工程 (39)5.9.1 施工顺序、起点流向 (40)5.9.2 主要工程项目的施工方法和质量要求 (40)5.9.3 质量标准 (41)八、质量保证与技术服务 (42)8.1 质量保证 (42)8.2 售后服务 (43)8.2.1 售后服务体系 (43)8.2.2 售后服务内容及组织 (44)8.2.3 售后服务过程 (45)8.2.4 售后技术服务 (46)8.2.5 售后服务承诺 (46)8.3 产品培训承诺 (47)8.4 培训流程 (48)8.4.1 现场培训 (48)8.4.2 专业培训 (48)8.4.3 培训地点 (49)8.4.4 培训教材 (49)8.5 培训计划 (49)8.5.1 培训对象 (49)8.5.2 培训目标 (50)8.5.3 培训材料和文件 (50)8.5.4 培训效果评估 (50)8.5.5 培训完成时间 (50)8.6 交货期承诺 (50)8.7 付款方式承诺 (51)8.8 质保期 (51)九、项目人员配备情况及人员安排计划 (51)9.1 项目实施人员安排 (51)9.2 项目实施人员管理 (52)9.2.1 项目经理 (52)9.2.2 项目实施小组 (52)9.2.3 项目助理 (52)9.2.4 顾问组 (52)9.2.5 商务组 (53)9.3 项目实施支持小组职责范围 (53)9.3.1 项目监督 (53)9.3.2 项目顾问组 (53)9.3.3 项目经理 (53)9.3.4 项目技术人员 (54)9.3.5 项目客户经理 (54)五、投标产品技术方案5.1 双工位型焊接模拟器5.1.1 双工位型焊接模拟器系统概述焊接成形是现代工业高质量、高效率制造技术中一种不可缺少的加工工艺，广泛应用于各种成产场合。
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1、焊接培训行业状况
焊接是一项对过程要求很高的工作，在现有的手工焊接生产中，采用 MAG/MI （焊接的约占50% TIG 焊接约占30% MM/焊接约占20%女口：在造船行 业中，MAG 勺占70% MMA 勺占30%那么，这就需要焊工要有扎实的操作手法、 规范的动作。
而在焊接培训过程中传统方式存在以下多种问题： 消耗大量的焊条 （ 丝） 、焊件和保护气体等材料；
对学员的焊接水平难以评价； 培训效果不尽理想；
2、项目实施目的
2）减少或者避免焊接实训过程中对空气污染的有害气体的排放，防止对环 境造成污染； 3）能够让无工作经验的学员快速、真实的投入到焊接实训中，提高培训效
率，避免由于无经验操作产生的事故。
同时能够让有经验的训练者有更高的训练 平台，提高
焊接技术；
4）节省真实焊材、工件等焊接材料以及工业用电，降低培训成本； 方便教学。
3、焊接仿真模拟器概述
电焊操作训练模拟器系统是由武汉科码软件有限公司独立自主研发的焊接 虚拟仿真培训系统。
该系统是基于虚拟计算机系统， 是以中高度仿真的教学培训 系统，能让学员在接近真实的模拟环境下进行焊接技术的训练。
该系统能促进焊 接技能向实际工况焊接的有效转换。
与传统的焊接培训相比减少了焊材的浪费。
1） 2）
对学员的培训过程难以准确掌握； 5） 培训过程环境污染严重，有害健康； 6）
培训过程安全性差。
减少甚至避免焊接练习过程中强光、高温、明火及烟尘以及有毒气体的 1）
产生，全面保护教师和学员的身体健康；
该设备结合了：焊工的动作、仿真焊接焙池、焊接声音及焊接手感，使用该系统的受训者能够感受到几乎真实的焊接过程。
电焊模拟实训系统是新一代环保、节能、通用型操作技能实训与评价平台。
该系统采用分布式仿真实训技术、虚拟现实技术、微机测控技术、声音仿真技术及计算机图像实时生成技术。
在不需要真实焊机的情况下，通过仿真主控系统、位置追踪系统，将焊接演练过程中焊枪的位置、速度和角度等进行采集处理, 并实时生成虚拟焊缝。
该系统将仿真操作设备、实时3D技术及渲染引擎相结合，演练过程真实, 视觉效果、操作手感与真实一致。
在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时听到相应的焊接音效。
该系统与传统的焊接技艺教学能有机的融合在一起，是实现灵活、高效、安全、节约、绿色无污染的焊接模拟培训教学与考核的最佳教学方法。
通过电焊模拟实训系统，学员不仅仅可以获得与传统实训相同的操作经验, 同时通过系统内置的数据采集、智能专家辅助模块和量化考核评价系统等一系列先进独特的教学功能，配合合理明晰的焊接知识穿插讲解，使学员可以获得在传统教学实践过程中难以量化的精确焊接培训指导，大幅度提升学员在培训过程中的方向性和目的性，有效缩短学员的培训周期，降低教师的教学负担，达到以低
成本、低投入实现“精教、精学、精炼”的焊接培训机制。
电焊模拟器主机效果图电焊模拟器设备图片
4、技术基础
当操作者进行训练时，系统中的多个传感器将获得的多个焊枪实时参数反馈给计算机，计算机对数据进行处理分析，并在显示装置和音响上显示相应的焊接画面和焊接声音。
焊接实训设备应具有以下技术:
1、数字图像处理、信息技术。
2、计算机图形学、传感与控制技术。
3、多种焊接操作技术、安全操作规范。
4、融多项高新技术于一体，呈现代职业教育之先进手段。
5、新型的焊接训练实训设备是一种低成本、高效率、现代化的焊接训练解决方案。
5、视景仿真系统结构
焊接模拟器视景仿真系统结构图
各个模块应具有的功能如下:
1、数据输入模块主要负责将焊接工艺参数和焊枪运动参数状态信息传递给 焊接仿真模型模块和仿真引擎模块。
2、仿真模型模块主要负责对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模 完成焊缝模拟、烟、光照、火光、阴影、光照等特效
3D 图形渲染。
3、焊接仿真引擎是系统的核心，它主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数 和焊缝横截面几何参数之间的关系。
4、仿真结果输出模块包括评价系统模块和其它功能子模块。
主要负责实时 监测仿真状态，输出动态仿真结果，分析、评价仿真过程数据。
5、具备培训效果可评估功能：具有实时可视的操控信息反馈、虚拟焊缝的 实时检测指导、训练者操作技能的实时评估功能。
6、学员端系统功能与特点
1、性能与优势: 1）、多种焊接工艺。
本套实训设备可以模拟训练多种焊接工艺， 焊条焊、气体保护焊、氩弧焊、，
旦分析评矗块
-
丄参数计算一
王焊缝动态建塑
匸焊接环境参数一
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焊枪状态参数」
还可扩展直流焊、铝焊、气焊，并包含焊接共享资源库。
1）焊条电弧焊模拟训练系统
焊条电弧焊模拟训练系统可模拟焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程的模拟系统。
本系统可进行酸性焊条J422（①2.5、①3.2、①4.0）、碱性焊条J507 （①2.5、①3.2、①4.0）的多种训练，并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训练。
训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到焊条电弧焊训练效果。
2）CO2 气体保护焊模拟训练系统
CO2 气体保护焊模拟训练系统可模拟以二氧化碳气体作为电弧介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的一种熔焊模拟系统。
本系统可选用药芯
焊丝YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707;自保护焊丝：直径① 1.0、①1.2、①1.6。
并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训。
训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接
影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到CO2 气体保护焊训练效果。
3）氩弧焊模拟训练系统
氩气体保护焊可模拟200A/mm2 左右的高强度电流密度效果，焊接过程中系统可体现氩弧焊燃烧稳定、热量集中、熔滴细小、飞溅少的使用特点。
并可对焊件进行多种不同位置的焊接训。
训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到氩弧焊训练效果。
2）、三种焊枪
本套实训设备包含以下三种焊枪，与真实焊枪比例一致：焊条电弧焊枪、
CO2气体保护焊枪及氩弧焊枪，操作过程中有焊条融化的缩短真实体验和焊条
自动更换功能，并能体验到操作手感。
见下图:
埠祭电弧埠实恸埠怆Cd 保护焊实物焊枪
3）多种接头（焊件）形式
本实训设备可以模拟多种焊接接头形式，对接、角接T接接头形式以及I 形、V形（单面焊双面成形）、丫形坡口类型。
系统还可模拟管对板，管对管接头的形式。
还可扩展多种焊接形式。
4）、多种焊接位置
本实训设备有独立的操作台，可以在虚拟场景中灵活地调节多种焊接位置, 让训练者无障碍进行平焊、立焊、横焊、仰焊等多角度焊接位置训练。
示意图如
下：各种手法，在焊接过程中具有自动换条功能，并能体验操作中的力量反馈感，电弧、明暗场、飞溅、焊缝、声效表现逼真。
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90. 4騎OD底的桶臀靑我
宣舍于2G巧G和£6的曜道澤攘5）、能够真实的模拟焊接过程中的各种条件设置, 引弧、焊接、收弧中的
6）、系统设置简单，虚实结合，通过真实的焊板、焊枪、示教器进行焊接训练；系统可提供完善的语音提示，焊接过程中可以通过图形及语音提示帮助学员校正操作姿势，辅助指导学员的培训过程与应用。
（1）该系统具有仿真示范教学功能，示范最佳的焊枪姿态（包括焊接速
度、焊枪角度、焊枪与工件的距离和位置等）。
2）系统可体验焊接过程中的的使用感觉，包括焊条的更换等。
（3）系统具有可观察高仿真熔池反应的模拟界面，焊接完成后可看到高仿真的焊缝成形现象。