WF 4.0 控制 3D 機械手臂模型：從流程圖到虛擬實體的數位孿生實踐

Windows Workflow Foundation 的應用領域遠超傳統業務流程。本文展示如何利用 WF 4.0 流程圖與自訂活動，驅動 WPF 3D 渲染的機械手臂模型，實現工控指令流程的可視化模擬——這是邁向數位孿生、虛擬調試與離線編程的關鍵一步。

系統架構概覽

• 流程設計器：Rehosted WF Designer，拖拽自訂活動構建控制流程
• 活動庫：封裝機械手臂原語指令（旋轉、伸縮、夾取等）
• 執行引擎：WorkflowApplication 執行流程，活動透過回調驅動 3D 模型
• 3D 視覺化：WPF Viewport3D 渲染機械手臂，即時反映關節角度

核心活動庫設計

每個活動對應一個機械手臂原子動作，屬性面板可配置參數（角度、速度、等待時間）。

1. 旋轉活動 RotateActivity

控制大臂底座水平旋轉

[Designer(typeof(RotateActivityDesigner))]
public sealed class RotateActivity : NativeActivity {
    [RequiredArgument] public InArgument<double> Angle { get; set; }
    [RequiredArgument] public InArgument<int> Speed { get; set; }
    public InArgument<TimeSpan> Timeout { get; set; } = TimeSpan.FromSeconds(30);

    protected override void Execute(NativeActivityContext context) {
        var angle = Angle.Get(context);
        var speed = Speed.Get(context);
        var timeout = Timeout.Get(context);
        
        // 取得 3D 模型控制器（透過 Extension 注入）
        var controller = context.GetExtension<IArm3DController>();
        var bookmark = context.CreateBookmark("RotateComplete", OnRotateComplete);
        
        // 非同步發送指令，避免阻塞 WF 執行緒
        controller.RotateBaseAsync(angle, speed, (success, msg) => {
            bookmark.Resume(context, new RotateResult { Success = success, Message = msg });
        });
    }

    void OnRotateComplete(NativeActivityContext context, Bookmark bookmark, object value) {
        var result = (RotateResult)value;
        if (!result.Success) 
            throw new InvalidOperationException($"旋轉失敗: {result.Message}");
    }
}

2. 放下手臂 LowerArmActivity

3. 前臂砸擊 StrikeActivity

4. 旋轉手腕 RotateWristActivity

5. 收起手臂 RetractArmActivity

3D 模型控制器介面

public interface IArm3DController {
    void RotateBaseAsync(double angle, int speed, Action<bool, string> callback);
    void LowerArmAsync(double angle, int speed, Action<bool, string> callback);
    void StrikeAsync(int force, Action<bool, string> callback);
    void RotateWristAsync(double angle, Action<bool, string> callback);
    void RetractArmAsync(int speed, Action<bool, string> callback);
    // 狀態查詢
    ArmState GetCurrentState();
}

WPF 3D 實現細節：使用 Transform3DGroup 組合 RotateTransform3D、TranslateTransform3D，透過動畫 (DoubleAnimation) 平滑過渡關節角度。

流程執行與 3D 同步機制

1. 使用者在 Rehosted Designer 拖拽活動構建流程（如：旋轉 90° → 放下手臂 → 夾取 → 抬起 → 旋轉 -90°）
2. 點擊「執行」，主程式載入 XAML 流程，建立 WorkflowApplication
3. 註冊 IArm3DController 實作為 Extension：app.Extensions.Add(armController)
4. 活動執行時透過 Extension 取得 Controller，發送非同步指令並建立 Bookmark
5. 3D 控制器驅動模型動畫，完成後回調 Bookmark.Resume() 喚醒流程
6. 流程繼續下一活動，形成「流程推進 ↔ 3D 動畫」同步循環

執行效果展示

應用價值與擴展方向

源碼下載

完整專案包含：WF Designer Rehost、自訂活動庫、WPF 3D 機械手臂模型、測試流程範例：

https://files.cnblogs.com/foundation/wfMachineryArm.rar

將工作流技術延伸至物理實體控制與 3D 可視化，打通了「邏輯流程」與「幾何運動」的鴻溝。這不僅是技術演示，更是工業 4.0 背景下、軟體定義自動化的縮影——流程圖成為機器的通用程式語言。