多式联运动态仿真模型制作需围绕 “多运输方式协同联动” 核心，遵循 “需求定义→系统设计→分模块制作→集成调试→验证优化” 流程，重点解决不同运输子系统（铁路、公路、港口 / 机场、仓储）的动态衔接与数据同步问题。

一、前期需求分析与总体设计

此阶段需明确仿真目标与系统边界，为后续制作提供方向，是确保模型贴合实际应用的基础。

1. 明确核心目标：确定模型用途，如教学培训（展示联运流程）、方案验证（优化转运效率）或应急演练（模拟拥堵 / 故障处理），不同目标决定精度与功能侧重点。

2. 梳理联运场景：界定覆盖的运输方式，常见组合包括 “铁路 + 公路 + 港口”（陆海联运）、“公路 + 航空 + 仓储”（空陆联运），明确关键衔接节点（如集装箱堆场、货运站、装卸平台）。

3. 制定技术标准：

• 统一模型比例：通常采用 1:50~1:100，平衡细节与空间，例如 1:87 比例（HO 轨距）适配铁路子系统，兼顾通用性与还原度。

• 明确动态指标：如设备动作响应时间≤1s、转运衔接误差≤5mm、数据同步延迟≤200ms。

二、核心子系统建模与制作

多式联运模型由多个独立运输子系统构成，需按 “分模块制作、标准化接口” 原则，确保后续可集成联动。

1. 铁路运输子系统

• 核心设备建模：

• 货运列车：采用 ABS 塑料 + 金属轴（黄铜材质，直径 2~3mm），车厢可搭载标准集装箱模型（20 英尺 / 40 英尺，按比例缩小），车轮与轨道配合间隙≤0.3mm。

• 轨道与道岔：使用镀锌钢板（厚度 1.5mm）激光切割，轨距按比例匹配（如 1:87 对应 16.5mm HO 轨），道岔采用电磁驱动，切换响应时间≤0.5s。

• 动态驱动：列车采用直流减速电机（电压 12V，转速 500~1000r/min），通过 PLC 控制车速（模拟 0~30km/h），配备光电传感器实现站点精准停车（定位误差≤2mm）。

2. 公路运输子系统

• 核心设备建模：

• 货运卡车：主体为 ABS 注塑成型，驾驶室可开合，挂车可承载 1~2 个集装箱模型，车轮采用橡胶材质（直径 8~12mm），具备减震结构（弹簧直径 1mm）。

• 公路路面：使用 PVC 板（厚度 5mm）雕刻车道线、停车区标识，表面喷涂耐磨漆（附着力等级≥4B），关键路口设置交通信号灯（LED 光源，红黄绿三色切换）。

• 动态驱动：卡车采用微型舵机（扭矩 1.5kg・cm）控制转向，直流电机驱动行驶（速度 0~15km/h 模拟值），通过红外传感器识别路线，实现自动避障与装卸点停靠。

3. 港口 / 航空转运子系统

• 核心设备建模：

• 港口龙门吊：主体为铝合金型材（截面 10mm×10mm），起重横梁采用步进电机驱动升降（行程 50~100mm，精度 ±0.2mm），夹具可模拟集装箱抓取 / 释放（夹持力≥5N）。

• 机场货运传送带：使用不锈钢薄片（厚度 0.5mm）卷制，电机驱动传送带速度（0.5~1m/s 模拟值），表面设置防滑纹路（凸起高度 0.5mm）。

• 动态驱动：龙门吊采用双电机协同（升降 + 平移），通过编码器实现位置闭环控制；传送带配备张力调节装置，避免运行中打滑。

4. 仓储与调度子系统

• 核心设备建模：

• 立体货架：采用亚克力板（厚度 3mm）拼接，每层可存放 2~3 个集装箱模型，层高按比例设计（15~20mm）。

• 堆垛机：机身用黄铜棒（直径 5mm）搭建，升降与平移均采用伺服电机（定位精度 ±0.1mm），配备光电开关检测货位是否空置。

• 动态驱动：堆垛机与货架通过 RFID 标签匹配货位信息，调度系统自动分配存储位置，实现 “入库 - 存储 - 出库” 全流程自动化。

三、系统集成与联动控制

此阶段是将各子系统 “串联” 为整体，核心是解决设备动作协同与数据交互，实现多式联运的 “动态仿真”。

1. 控制架构设计：

• 核心控制器：采用西门子 S7-1200 PLC（或 Arduino Mega 2560），通过 RS485 总线连接各子系统电机、传感器，支持 100 + 设备节点接入。

• 人机交互：配备 7 英寸触摸屏（分辨率 800×480），可实时显示各子系统状态（如列车位置、龙门吊工作进度），支持手动 / 自动模式切换。

2. 联动逻辑编程：

• 衔接流程控制：例如 “列车到站→光电传感器触发→龙门吊启动→抓取集装箱→转运至卡车→卡车驶离”，通过时序逻辑确保动作衔接无卡顿。

• 异常处理：模拟设备故障（如龙门吊卡滞）、货流拥堵（如卡车排队），触发声光报警（蜂鸣器 + LED 灯），并自动切换备用路径（如启用备用堆垛机）。

3. 数据同步与可视化：

• 数据采集：通过电流传感器（监测电机负载）、红外传感器（统计转运次数），实时采集运输效率数据（如集装箱转运量、平均衔接时间）。

• 可视化输出：通过上位机软件（如 LabVIEW）生成动态报表（柱状图 / 折线图），或在模型场景中用 LED 灯带标注运输路线（如绿色表示正常，红色表示拥堵）。

四、表面处理与场景还原

通过细节优化提升模型真实感，同时确保耐用性，适配长期教学或展示需求。

1. 材质与表面处理：

• 金属部件：如龙门吊钢架、列车车轮，采用镀锌或镀铬处理（厚度 0.02~0.05mm），防锈等级≥GB/T 10125-2021 中的 9 级。

• 非金属部件：如路面、货架，采用喷塑工艺（涂层厚度 50~80μm），颜色与真实场景匹配（如铁路轨道为深灰色，公路路面为沥青黑）。

2. 场景细节补充：

• 标识系统：在货运站、堆场粘贴比例化标识（如 “集装箱装卸区”“危险品存放区”），字体高度 2~3mm，清晰可辨。

• 环境元素：添加微型绿化（仿真草皮）、路灯（LED 微型光源，间距 50mm）、围栏（ABS 细条，直径 1mm），还原真实联运枢纽环境。

五、调试与质量验证

通过多轮测试确保模型动态性能稳定，满足设计目标。

1. 分模块调试：

• 单设备测试：例如单独运行龙门吊，验证升降 / 平移精度（重复定位误差≤0.3mm）；测试卡车避障功能（响应距离≥50mm）。

• 子系统联动：例如 “铁路 + 港口” 联动，测试集装箱从列车到龙门吊的转运成功率（≥99%）。

2. 系统联调：

• 全流程测试：模拟完整联运流程（如 “工厂→公路→铁路→港口→海运”），连续运行 8 小时，记录设备故障率（≤1%）、数据同步准确率（≥99.5%）。

• 用户验证：邀请目标用户（如学生、工程师）操作，收集反馈优化交互逻辑（如简化触摸屏操作步骤）。