传统的制造生产线,多以手工为主,严重制约了生产效率,研究和开发自动化、数字化的新型集成制造生产线对于提升产品性能及整体生产效率具有重要意义。由于自动化生产线装备维护成本高、检修困难、专业性强,运用虚拟仿真技术模拟监测生产状态,可以解决上述问题。本文针对以流水线作为其生产组织形式的自动化装配生产线,其虚拟仿真平台的构建过程需考虑实际生产线上硬件设备、装配对象、零部件约束、装配序列、生产节拍调整和时间控制问题等一系列复杂因素。本研究针对断路器自动化装配生产线为对象,提出一种基于时间Petri网建模与虚拟现实相结合的虚拟仿真平台构建思路,并再此平台上实现了生产状态监测系统的设计与开发。论文工作主要集中在以下几个方面:(1)在对自动化生产线虚拟仿真系统的功能需求详细分析后,确定系统设计策略,提出了系统的体系框架。然后根据框架完成系统方案设计,其包括虚拟对象及场景三维建模、生产线逻辑建模、生产过程运动仿真、状态监测设计、交互设计与界面设计等6部分的方案路线的设计。(2)提出一种基于时间Petri网的生产线逻辑建模方法,采用时间约束的嵌套式Petri网模型对装配生产线行为逻辑进行描述。利用虚拟现实技术,将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Unity3D虚拟场景中的实体对象相对应。采用时序驱动的方法,在虚拟环境中对自动化装配实体进行虚拟重现,再现生产工艺过程。(3)针对自动化装配生产线的单机器人实现多零件顺序装配的装配单元,运用代数法与三次项法对机器人进行逆运动学计算与轨迹建模,完成了虚拟仿真系统中机器人的运动仿真。(4)根据系统方案路线,对生产线虚拟仿真系统进行数据通信、故障分析响应、碰撞检测、遮挡剔除、虚拟漫游、可视化等多功能模块实现,完成系统基于虚拟现实的状态监测、系统性能优化与系统交互设计。最后对系统进行测试与验证。