CN108021084A - 一种虚实结合的生产线三维监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚实结合的生产线三维监控系统，包括：数据采集单元：用于在生产设备布局数据采集器件、读取与生产设备相关的数据形成原始数据，并对原始数据进行预处理后输出到数据中心；数据分析单元：用于读取数据中心的预处理后的原始数据进行分析、并将分析数据输出到数据中心，所述分析数据包括生产设备中各动作设备的当前状态数据、生产设备运行的分析统计数据；三维可视化单元：包括生产设备三维模型组建模块和分析数据匹配模块、渲染显示模块；三维模型组建模块：用于从生产设备三维模型库中调取三维生产设备模型，分析数据匹配模块包括动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块。

Description

一种虚实结合的生产线三维监控系统

技术领域

本发明涉及智能制造领域，尤其涉及到制造信息三维可视化展示、数据可视化的生产线三维监控系统。

背景技术

随着智能制造、工业4.0等概念在制造行业中迅速普及，制造行业对物联网的使用提出了新的需求。传统的物联网使用方式是在采集生产线数据的基础之上，将数据直接用于生产执行管控系统(MES)等直接使用，或者经过数据分析生成结果报表供生产管理者使用，缺少由物联网系统和人的之间的有效交互。在智能制造、工业4.0的背景下，由德国西门子、美国PTC、法国达索等工业巨头提出了“Digital Twins”的概念，中文亦称作“虚实结合”，在制造环节将实现计算机系统中虚拟生产线和实际厂房中的生产线的虚实结合，生产管理人员足不出户便能在控制终端的生产线三维模型上掌控生产过程的主要信息。作为一个随着智能制造提出的全新概念，国内尚无成熟的类似产品，而随着制造业企业信息化建设步伐的加快，未来对虚实结合的生产线三维监控系统的需求将呈爆发式增长。

在制造业信息化水平越来越高，工业物联网应用逐渐普及的情况下，面对工业物联系统采集的海量数据，传统的统计报表方式已经无法满足制造管理的需求，在制造信息三维可视化展示、数据可视化方面存在不足:

一是展示方式单一：大部分采用二维示意图的方式对实时数据进行展示，例如在设备示意图旁边固定的区域显示固定的数据内容，无法需要查看其它内容以及从其它的视角查看详细信息，提供的功能不足。

二是展示的数据项单一，数据挖掘深度不足，大部分的实时可视化仅展示采集到的基础数据，例如实时监控到的温度、机床的功率等，没有提供更深层次的数据展示内容，当出现展示内容需要扩展的时候，也难以对数据接口进行扩充。

三是操作的方式单一，许多实时监控系统在固定的页面展示固定的内容，未能提供一个开放的监控平台和监控环境，导致监控者操作成本提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚实结合的生产线三维监控系统，本发明主要解决的问题在于，在制造业信息化水平越来越高，工业物联网应用逐渐普及的情况下，面对工业物联系统采集的海量数据，传统的统计报表方式已经无法满足制造管理的需求，在制造信息三维可视化展示、数据可视化方面存在不足。

本发明通过下述技术方案实现：

一种虚实结合的生产线三维监控系统，包括：

数据采集单元：用于在生产设备布局数据采集器件、读取与生产设备相关的数据形成原始数据，并对原始数据进行预处理后输出到数据中心；

数据分析单元：用于读取数据中心的预处理后的原始数据进行分析、并将分析数据输出到数据中心，所述分析数据包括生产设备中各动作设备的当前状态数据、生产设备运行的分析统计数据；

三维可视化单元：包括生产设备三维模型组建模块和分析数据匹配模块、渲染显示模块；

三维模型组建模块：用于从生产设备三维模型库中调取三维生产设备模型，

分析数据匹配模块包括动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块，

动作设备动画模块包括状态辨识模块和预设动画匹配模块，状态辨识模块：用于根据生产设备中各动作设备的当前状态数据调用预设动画库中与当前状态数据匹配的状态动画，预设动画匹配模块：用于根据当前状态数据驱动状态动画在三维生产设备模型中动作设备对应位置进行显示；状态动画为预设对动作设备状态匹配的对应状态动画，并建立了状态动画与状态数据的匹配关系。

数据可视化模块包括数据模型选择模块、数据可视化处理模块，数据模型选择模块：用于根据生产设备运行的分析统计数据调用数据模型库中选择相应的数据可视化模型，数据可视化处理模块用于将原始数据或/和分析统计数据配置在数据可视化模型中，并在三维生产设备模型的基础上计算生成可视化效果；数据可视化模型：用于将原始数据或/和分析统计数据转为可视地可视化效果参数，并用可视化效果参数对应的改变三维生产设备模型的属性参数；

数据窗口模块：用于在三维生产设备模型的关联位置加载生成数据窗口，并在数据窗口内显示分析统计数据和原始数据；

渲染显示模块：用于对经过动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块处理的三维生产设备模型进行渲染显示。

本发明的设计原理为：构造一个虚实结合的生产线三维监控系统，包含三维可视化单元、数据分析单元、数据采集单元和数据中心。数据采集单元是系统的基础，采集生产现场设备、物流等各项原始数据。数据分析单元在原始数据的基础上，对数据进行分析处理；该系统的核心为三维可视化单元，具备实时运动、数据可视化、动态信息标签等功能模块，将接收到的数据处理成直观的三维模型运动和可视化图形。数据中心是串联上述三个单元的数据基础，为所有功能模块提供数据支持。

数据采集单元通过布局在在生产设备上及生产工位上的数据采集器、传感器、条码扫描器等设备采集生产现场的基础信息，包括设备的运转状态信息、物料的存储信息、物料的加工状态信息等。将采集到的数据进行协议转换，转化为TCP/IP通讯协议，通过工控网将原始数据储存在数据中心。

数据分析单元将得到的原始数据进行处理，从数据中心读取原始数据进行分析，将原始的坐标传感器数据转化为三维模型的定位参数，并对设备状态、生产统计、仓储数据进行统计分析，将经过分析加工后的数据存储于数据库，供三维可视化单元使用。

三维可视化单元的建立分为4个部分。

第一个部分是建立三维生产设备模型，三维生产设备模型：在三维场景中直观展现生产线的实时状态，具有实时运动、数据可视化、动态标签等功能。在虚拟的三维场景中有映射真实生产线的设备、仓库、物料等多种模型，三维可视化单元从数据库中读取三维模型定位参数或者工作状态信息，数据采集、数据分析、模型定位均按不低于1秒1次的刷新频率实时更新，实现模型的运动和真实设备的运动一一对应。三维生产设备模型的设定有2种分类设计，第一类是虚拟对象本身为固定状态，没有位置信息变化，因此只需直接调用三维生产设备模型即可，第二类是模拟对象本身处于实时动态变化，本发明此处所所的生产设备实际上是只的将某一个生产设备视为整体，对于一个生产设备中还包含其他动作设备，为了解决整体性表达的问题，本发明特定的将整个生产设备视为一个封装整体模型后视为一个三维生产设备模型，在位置信息变化的情况下，根据位置数据的变化实时对三维生产设备模型的位置数据进行更新并在虚拟环境中对应的动态变化。

第二个部分是建立状态匹配，用数据可视化模块完成，其目的是将分析出的数据转为状态表达，以特定的可视化表达方式来直观的表达数据，具体的，通过对实时数据的获取，三维可视化单元还可以实现数据可视化的功能，例如通过改变三维模型的颜色、亮度、发光程度、透明来对场景内的模型进行分类展示，以表达当前不同工作状态。

第三个部分是同时建立实时数据的匹配关系，三维可视化单元可将数据从数据中心中读取出来并且以内置于场景模型的信息窗口的形式展现，可以实现信息窗口与模型的跟随关联、数据配置等功能，其用上述数据窗口模块完成。

第四个部分是在三维生产设备模型动态变化位置的情况下或不动态变化位置的情况下，针对生产设备中具体的动作设备，建立了根据动作设备的数据分析后以动画的方式表达具体某个动作设备的状态，相当于实时表达生产设备的运转状态中具体的动作设备的状态，这样在故障时就可以清楚的了解某一个动作设备是否运作正常，具体的，本发明所述的虚实结合的生产线三维监控系统，可以以预存动画的形式实时展现的生产信息包括：数控机床的运动、搬运机器人的运动、叉车及物流小车的运动、自动物流线及所搬运的物料运动、仓库(包括车间仓库、线边库)物料储存情况、工具的所在的工位、工人所在的工位。

另外，上述以信息窗口或者数据可视化的方式展现的生产信息有：设备运维信息(如故障率)、产品质量信息(如合格率)、物流运转信息(如物流运转效率、物流瓶颈)、工具的管理信息(如工具使用率)、人员管理信息(如班组的出勤率、班组的工时)等。

除常规生产线状态的监控外，本发明还提供一种异常状态实时报警的方法。其过程是：首先在数据分析单元建立生产异常状态数据分析模型，包含设备故障、质量异常、物流异常、工艺异常、人员异常等多种类型的异常模型。数据分析单元获得原始数据，进行数据分析得出场景内是否存在异常。三维可视化单元获得异常数据后，根据异常数据所属的对象，快速定位该对象所在的位置，并在系统的显示界面发出报警。当数据分析单元获得的最新数据显示异常已恢复正常时，报警解除，并将正常信息发送至三维可视化单元。

因此，基于上述说明：所述可视化效果参数为颜色参数或/和亮度参数或/和发光程度参数或/和透明参数。

因此，基于上述说明：所述三维生产设备模型的属性参数为颜色参数或/和亮度参数或/和发光程度参数或/和透明参数。

因此，优选的，当前状态数据驱动状态动画的驱动方式为：在预设动画库中以同一动作设备的状态数据的不同量级或不同状态类别预设一一对应的状态动画，根据当前状态数据的量级或状态类别找出对应的状态动画进行显示。上述驱动方式实际上是利用映射关系，根据状态数据从预设动画库中直接调用对应的状态动画即可，这种方式是动画表达不连续，但可以以较为简单的方式进行处理即可完成，操作和设置都很简单。

因此，优选的，当前状态数据驱动状态动画的驱动方式为：在预设动画库中对一个动作设备设置一个对应的状态动画，根据当前状态数据的量级或状态类别改变状态动画的显示参数，从而显示对应的状态动画。上述驱动方式实际上是利用状态数据来改变状态动画自身的参数性状，使得状态动画的变化可以是一个连续的方式完成，表达更为细致，但需要更多因素的考量，因此计算处理过程较为复杂。

优选的，所述分析数据包括生产设备的位置参数数据，生产设备三维模型组建模块包括三维生产设备模型坐标动态匹配模块，三维生产设备模型坐标动态匹配模块用于从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，并将位置参数数据匹配给三维生产设备模型，使得三维生产设备模型以匹配得到位置参数作为新的位置参数进行更新，并在新的位置参数处生成动态匹配的三维生产设备模型。

优选的，生产设备三维模型组建模块包括三维生产设备模型加载模块，所述三维生产设备模型加载模块用于直接从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，生成未动态匹配的三维生产设备模型。

优选的，生产设备三维模型组建模块包括动态匹配判定模块、三维生产设备模型加载模块、三维生产设备模型坐标动态匹配模块，动态匹配判定模块：用于根据配置参数或外部指令或位置参数数据确定是否要求进行动态匹配，三维生产设备模型加载模块：用于在获得动态匹配判定模块的动态匹配指令后，从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，并将位置参数数据匹配给三维生产设备模型，使得三维生产设备模型以匹配得到位置参数作为新的位置参数进行更新，并在新的位置参数处生成动态匹配的三维生产设备模型；三维生产设备模型加载模块：用于在获得动态匹配判定模块的不动态匹配指令后，直接从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，生成未动态匹配的三维生产设备模型；位置参数数据属于所述分析数据的一部分，具体为生产设备的位置参数数据。

所述位置参数包括位置坐标参数或/和朝向参数。

优选的，所述数据分析单元对原始数据进行分析的方式为：数据分析单元按一定的采样频率从数据中心读取原始数据，并根据接收到的分析类型、分析的参数对接收到的原始数据进行预处理，根据分析类型的请求，调用相应的数据处理模块，将原始数据和分析的参数配置在数据处理模块中并进行分析计算。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：面向生产线智能化的数据采集单元、数据分析单元、三维可视化单元三层结构，数据采集仅负责生产线状态的感知，数据分析仅对结构化数据进行处理，三维展示仅对数据进行可视化处理，在三维场景中呈现相关数据。数据中心的布置。数据采集、数据分析、三维可视化三个层级两两之间不直接进行任何数据交互，所有交互的数据仅通过数据中心进行，以此保障数据的唯一性。实时数据驱动三维模型的方法。先将采集到的设备运行状态数据进行处理，转换为三维场景可识别的空间坐标信息，从而直接驱动三维模型的运动；同时，采集到的设备状态驱动模型的预设动画。两种方式同步驱动三维场景的运动。生产线信息在三维场景中的可视化方法。三维可视化单元从数据中心获取需要展示的数据(实时采集的数据，或者分析处理后的数据)，后者通过三维可视化内封装的程序驱动三维场景中信息标签的生成和对象颜色的改变，从而利用三维场景呈现生产线信息。本发明具有“实时性”的特点，使管理人员可以足不出户，查看虚拟的三维场景非常直观地了解生产线的基本运行情况，能极大缩短信息获取周期。本发明可为车间提供更好的来宾参观服务，有利于将来宾集中在虚实结合的生产线三维监控系统的展示区域，从而间接减少来宾参观对生产的影响，降低车间危险源对来宾人身伤害事故发生的可能性。本发明具有信息高度集成、信息高度可视化的特点，既能满足车间、企业各层管理人员对生产信息快速、高效掌握的需求，又能满足管理人员对于制造信息深度查看、生产过程深入了解的需求。本发明主要针对离散行业制造加工的普遍特点设计，可以满足离散行业和部分混合行业对于生产过程实时监控的需要，具有广泛的使用范围，适用于汽车、家电、机械加工、电子元器件组装、手机等民用制造领域以及枪械、火炮、弹药等军用制造领域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明一种虚实结合的生产线三维监控系统的系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

如图1所示，

一种虚实结合的生产线三维监控系统，包括：

数据采集单元：用于在生产设备布局数据采集器件、读取与生产设备相关的数据形成原始数据，并对原始数据进行预处理后输出到数据中心；其中，具体的，如图1所示，数据采集单元包括与数据中心连接的网络传输单元、与网络传输单元连接的数据预处理模块，与数据预处理模块连接的数据总线、与数据总线连接的数据采集器组、传感器组、条码扫描器组，数据采集单元通过布局在在生产设备上及生产工位上的数据采集器、传感器、条码扫描器等设备采集生产现场的基础信息，包括设备的运转状态信息、物料的存储信息、物料的加工状态信息等。将采集到的数据进行协议转换，转化为TCP/IP通讯协议，通过工控网将原始数据储存在数据中心。

数据分析单元：用于读取数据中心的预处理后的原始数据进行分析、并将分析数据输出到数据中心，所述分析数据包括生产设备中各动作设备的当前状态数据、生产设备运行的分析统计数据；数据分析单元将得到的原始数据进行处理，从数据中心读取原始数据进行分析，将原始的坐标传感器数据转化为三维模型的定位参数，并对设备状态、生产统计、仓储数据进行统计分析，将经过分析加工后的数据存储于数据库，供三维可视化单元使用。其中，数据分析单元包括数据分析预处理模块、数据模型库、动画数据预处理模块、设备运维分析模块、产品质量分析模块、物流数据分析模块、工具管理分析模块、人员管理分析模块。数据分析单元按一定的采样频率从数据中心读取原始数据进入数据分析预处理模块，数据分析预处理模块根据接收到的分析类型、分析的参数对接收到的原始数据进行预处理。数据模型库根据分析类型的请求，调用相应的数据模型。将原始数据和分析的参数配置在数据模型中，并进入到动画数据预处理模块、设备运维分析模块、产品质量分析模块、物流数据分析模块、工具管理分析模块、人员管理分析模块并进行分析计算，分析计算值至数据中心。

三维可视化单元：包括生产设备三维模型组建模块和分析数据匹配模块、渲染显示模块；

三维模型组建模块：用于从生产设备三维模型库中调取三维生产设备模型，

分析数据匹配模块包括动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块，

动作设备动画模块包括状态辨识模块和预设动画匹配模块，状态辨识模块：用于根据生产设备中各动作设备的当前状态数据调用预设动画库中与当前状态数据匹配的状态动画，预设动画匹配模块：用于根据当前状态数据驱动状态动画在三维生产设备模型中动作设备对应位置进行显示；状态动画为预设对动作设备状态匹配的对应状态动画，并建立了状态动画与状态数据的匹配关系。

数据可视化模块包括数据模型选择模块、数据可视化处理模块，数据模型选择模块：用于根据生产设备运行的分析统计数据调用数据模型库中选择相应的数据可视化模型，数据可视化处理模块用于将原始数据或/和分析统计数据配置在数据可视化模型中，并在三维生产设备模型的基础上计算生成可视化效果；数据可视化模型：用于将原始数据或/和分析统计数据转为可视地可视化效果参数，并用可视化效果参数对应的改变三维生产设备模型的属性参数；

数据窗口模块：用于在三维生产设备模型的关联位置加载生成数据窗口，并在数据窗口内显示分析统计数据和原始数据；

渲染显示模块：用于对经过动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块处理的三维生产设备模型进行渲染显示。

本发明的设计原理为：构造一个虚实结合的生产线三维监控系统，包含三维可视化单元、数据分析单元、数据采集单元和数据中心。数据采集单元是系统的基础，采集生产现场设备、物流等各项原始数据。数据分析单元在原始数据的基础上，对数据进行分析处理；该系统的核心为三维可视化单元，具备实时运动、数据可视化、动态信息标签等功能模块，将接收到的数据处理成直观的三维模型运动和可视化图形。数据中心是串联上述三个单元的数据基础，为所有功能模块提供数据支持。

三维可视化单元的建立分为4个部分。

第一个部分是建立三维生产设备模型，三维生产设备模型：在三维场景中直观展现生产线的实时状态，具有实时运动、数据可视化、动态标签等功能。在虚拟的三维场景中有映射真实生产线的设备、仓库、物料等多种模型，三维可视化单元从数据库中读取三维模型定位参数或者工作状态信息，数据采集、数据分析、模型定位均按不低于1秒1次的刷新频率实时更新，实现模型的运动和真实设备的运动一一对应。三维生产设备模型的设定有2种分类设计，第一类是虚拟对象本身为固定状态，没有位置信息变化，因此只需直接调用三维生产设备模型即可，第二类是模拟对象本身处于实时动态变化，本发明此处所所的生产设备实际上是只的将某一个生产设备视为整体，对于一个生产设备中还包含其他动作设备，为了解决整体性表达的问题，本发明特定的将整个生产设备视为一个封装整体模型后视为一个三维生产设备模型，在位置信息变化的情况下，根据位置数据的变化实时对三维生产设备模型的位置数据进行更新并在虚拟环境中对应的动态变化。

第二个部分是建立状态匹配，用数据可视化模块完成，其目的是将分析出的数据转为状态表达，以特定的可视化表达方式来直观的表达数据，具体的，通过对实时数据的获取，三维可视化单元还可以实现数据可视化的功能，例如通过改变三维模型的颜色、亮度、发光程度、透明来对场景内的模型进行分类展示，以表达当前不同工作状态。

第三个部分是同时建立实时数据的匹配关系，三维可视化单元可将数据从数据中心中读取出来并且以内置于场景模型的信息窗口的形式展现，可以实现信息窗口与模型的跟随关联、数据配置等功能，其用上述数据窗口模块完成。

第四个部分是在三维生产设备模型动态变化位置的情况下或不动态变化位置的情况下，针对生产设备中具体的动作设备，建立了根据动作设备的数据分析后以动画的方式表达具体某个动作设备的状态，相当于实时表达生产设备的运转状态中具体的动作设备的状态，这样在故障时就可以清楚的了解某一个动作设备是否运作正常，具体的，本发明所述的虚实结合的生产线三维监控系统，可以以预存动画的形式实时展现的生产信息包括：数控机床的运动、搬运机器人的运动、叉车及物流小车的运动、自动物流线及所搬运的物料运动、仓库(包括车间仓库、线边库)物料储存情况、工具的所在的工位、工人所在的工位。

另外，上述以信息窗口或者数据可视化的方式展现的生产信息有：设备运维信息(如故障率)、产品质量信息(如合格率)、物流运转信息(如物流运转效率、物流瓶颈)、工具的管理信息(如工具使用率)、人员管理信息(如班组的出勤率、班组的工时)等。

除常规生产线状态的监控外，本发明还提供一种异常状态实时报警的方法。其过程是：首先在数据分析单元建立生产异常状态数据分析模型，包含设备故障、质量异常、物流异常、工艺异常、人员异常等多种类型的异常模型。数据分析单元获得原始数据，进行数据分析得出场景内是否存在异常。三维可视化单元获得异常数据后，根据异常数据所属的对象，快速定位该对象所在的位置，并在系统的显示界面发出报警。当数据分析单元获得的最新数据显示异常已恢复正常时，报警解除，并将正常信息发送至三维可视化单元。

因此，基于上述说明：所述可视化效果参数为颜色参数或/和亮度参数或/和发光程度参数或/和透明参数。

因此，基于上述说明：所述三维生产设备模型的属性参数为颜色参数或/和亮度参数或/和发光程度参数或/和透明参数。

因此，优选的，当前状态数据驱动状态动画的驱动方式为：在预设动画库中以同一动作设备的状态数据的不同量级或不同状态类别预设一一对应的状态动画，根据当前状态数据的量级或状态类别找出对应的状态动画进行显示。上述驱动方式实际上是利用映射关系，根据状态数据从预设动画库中直接调用对应的状态动画即可，这种方式是动画表达不连续，但可以以较为简单的方式进行处理即可完成，操作和设置都很简单。

因此，优选的，当前状态数据驱动状态动画的驱动方式为：在预设动画库中对一个动作设备设置一个对应的状态动画，根据当前状态数据的量级或状态类别改变状态动画的显示参数，从而显示对应的状态动画。上述驱动方式实际上是利用状态数据来改变状态动画自身的参数性状，使得状态动画的变化可以是一个连续的方式完成，表达更为细致，但需要更多因素的考量，因此计算处理过程较为复杂。

优选的，所述分析数据包括生产设备的位置参数数据，生产设备三维模型组建模块包括三维生产设备模型坐标动态匹配模块，三维生产设备模型坐标动态匹配模块用于从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，并将位置参数数据匹配给三维生产设备模型，使得三维生产设备模型以匹配得到位置参数作为新的位置参数进行更新，并在新的位置参数处生成动态匹配的三维生产设备模型。

优选的，生产设备三维模型组建模块包括三维生产设备模型加载模块，所述三维生产设备模型加载模块用于直接从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，生成未动态匹配的三维生产设备模型。

优选的，生产设备三维模型组建模块包括动态匹配判定模块、三维生产设备模型加载模块、三维生产设备模型坐标动态匹配模块，动态匹配判定模块：用于根据配置参数或外部指令或位置参数数据确定是否要求进行动态匹配，三维生产设备模型加载模块：用于在获得动态匹配判定模块的动态匹配指令后，从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，并将位置参数数据匹配给三维生产设备模型，使得三维生产设备模型以匹配得到位置参数作为新的位置参数进行更新，并在新的位置参数处生成动态匹配的三维生产设备模型；三维生产设备模型加载模块：用于在获得动态匹配判定模块的不动态匹配指令后，直接从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，生成未动态匹配的三维生产设备模型；位置参数数据属于所述分析数据的一部分，具体为生产设备的位置参数数据。

所述位置参数包括位置坐标参数或/和朝向参数。

优选的，所述数据分析单元对原始数据进行分析的方式为：数据分析单元按一定的采样频率从数据中心读取原始数据，并根据接收到的分析类型、分析的参数对接收到的原始数据进行预处理，根据分析类型的请求，调用相应的数据处理模块，将原始数据和分析的参数配置在数据处理模块中并进行分析计算。

本发明的以物料小车装载货为例表达其工作过程如下：

数据采集：

在构建生产线物联系统时，在生产现场布局数据采集器、传感器组和条码扫描器组。数据采集器与物料小车的通讯接口连接，读取物料小车控制系统产生的数据。能采集到物料小车的实时运动状态下的坐标，当物料小车到达指定位置时能采集到物料小车的伸缩臂动作的电信号，也能采集到物料小车的其他状态信息，例如工作时常、电量存储剩余信息

a.数据采集器、传感器以一定的频率采集现场数据获得上述指标。

b.采集的数据通过数据总线汇总到数据预处理模块，对原始数据进行取样整理，并将通讯协议统一转换为TCP/IP协议。

c.原始数据通过工控网络将数据传输至数据中心。

数据分析：

a.数据分析单元按一定的采样频率从数据中心读取原始数据。

b.数据分析单元根据接收到的分析类型、分析的参数对接收到的原始数据进行预处理，此时我们以指定要分析物料小车的坐标位置、物料小车的伸缩臂状态、物料小车的电量存储情况为例，获得上述分析请求指令后，数据分析单元分别将物料小车的伸缩臂动作的电信号输入到动画数据预处理模块中调用动画数据分析模块对伸缩臂动作的电信号进行分析，其能得出伸缩臂的动作状态，我们以第1-5秒的动作状态为“伸”状态，以第6-10秒为“缩”状态为例，其动画数据预处理模块势必更具需求可以分拆得出编号为0001的数字表示为“伸”状态，0002的数字表示为“缩”状态，而设备运维分析模块同样按照参数对电量存储剩余信息进行分析，我们同样以我们以第1-5秒的电量状态为“高”电量状态，以第6-10秒电量状态为“低”电量状态为例，设备运维分析模块势必更具需求可以分拆得出编号为00001的数字表示为“高”电量状态，00002的数字表示为“低”电量状态。数据中心将动画库中的“伸”动画对应到0001数字，将“缩”动画对应0002数字，同时也将物料小车的三维模型中的颜色属性对应的分为红色和绿色两类，将绿色的数据模型对应成00001的数字，将红色的数据模型对应成00002的数字，将上述数字按照上述对应关系储存到数据中心。

三维可视化处理：

a.三维可视化单元从数据中心读取模型的位置参数数据。

b.场景内物料小车的三维模型与位置参数进行匹配，在虚拟场景中更新显示模型的位置、朝向。

c.在更新显示模型的位置、朝向的基础上，从数据中心读取设备当前状态数据，当读取到0001数字时，对应的驱动“伸”动画，生成动作设备的当前动画，当读取到0002数字时，对应的驱动“缩”动画，生成动作设备的当前动画。

d.在更新显示模型的位置、朝向的基础上，数据可视化模块根据请求从数据中心读取需要进行展示的分析统计数据，当读取到00001的数字时，调取出绿色的数据模型，并改变物料小车的三维模型的颜色为绿色，表示电量高；当读取到00002的数字时，调取出红色的数据模型，并改变物料小车的三维模型的颜色为红色，表示电量低，达到根据请求从可视化模型库中选择相应的可视化模型的目的，并将原始数据和分析的参数配置在数据模型中，在场景模型的基础上计算生成可视化效果。

e.在更新显示模型的位置、朝向的基础上，根据数据窗口模块的请求从数据中心读取相关的分析统计数据和原始数据。

f.在数据窗口模块中，按照预设配置计算生成数据显示窗口内容。

g.在第b、d、g、i步生成的内容，通过渲染引擎渲染成客户端可以显示的图像。

三维场景在显示终端显示。

在上述过程中，其中，三维可视化单元无法直接依赖数据采集单元的数据对应的进行处理，需要分析单元进行数据进一步加工成可以用于三维可视化单元使用或对应的数据。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，包括：

数据采集单元：用于在生产设备布局数据采集器件、读取与生产设备相关的数据形成原始数据，并对原始数据进行预处理后输出到数据中心；

数据分析单元：用于读取数据中心的预处理后的原始数据进行分析、并将分析数据输出到数据中心，所述分析数据包括生产设备中各动作设备的当前状态数据、生产设备运行的分析统计数据；

三维可视化单元：包括生产设备三维模型组建模块和分析数据匹配模块、渲染显示模块；

三维模型组建模块：用于从生产设备三维模型库中调取三维生产设备模型，

分析数据匹配模块包括动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块，

动作设备动画模块包括状态辨识模块和预设动画匹配模块，状态辨识模块：用于根据生产设备中各动作设备的当前状态数据调用预设动画库中与当前状态数据匹配的状态动画，预设动画匹配模块：用于根据当前状态数据驱动状态动画在三维生产设备模型中动作设备对应位置进行显示；状态动画为预设对动作设备状态匹配的对应状态动画，并建立了状态动画与状态数据的匹配关系。

数据可视化模块包括数据模型选择模块、数据可视化处理模块，数据模型选择模块：用于根据生产设备运行的分析统计数据调用数据模型库中选择相应的数据可视化模型，数据可视化处理模块用于将原始数据或/和分析统计数据配置在数据可视化模型中，并在三维生产设备模型的基础上计算生成可视化效果；数据可视化模型：用于将原始数据或/和分析统计数据转为可视地可视化效果参数，并用可视化效果参数对应的改变三维生产设备模型的属性参数；

数据窗口模块：用于在三维生产设备模型的关联位置加载生成数据窗口，并在数据窗口内显示分析统计数据和原始数据；

渲染显示模块：用于对经过动作设备动画模块、数据可视化模块、数据窗口模块处理的三维生产设备模型进行渲染显示。

2.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，所述可视化效果参数为颜色参数或/和亮度参数或/和发光程度参数或/和透明参数。

3.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，所述三维生产设备模型的属性参数为颜色参数或/和亮度参数或/和发光程度参数或/和透明参数。

4.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，当前状态数据驱动状态动画的驱动方式为：在预设动画库中以同一动作设备的状态数据的不同量级或不同状态类别预设一一对应的状态动画，根据当前状态数据的量级或状态类别找出对应的状态动画进行显示。

5.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，当前状态数据驱动状态动画的驱动方式为：在预设动画库中对一个动作设备设置一个对应的状态动画，根据当前状态数据的量级或状态类别改变状态动画的显示参数，从而显示对应的状态动画。

6.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，

所述分析数据包括生产设备的位置参数数据，生产设备三维模型组建模块包括三维生产设备模型坐标动态匹配模块，三维生产设备模型坐标动态匹配模块用于从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，并将位置参数数据匹配给三维生产设备模型，使得三维生产设备模型以匹配得到位置参数作为新的位置参数进行更新，并在新的位置参数处生成动态匹配的三维生产设备模型。

7.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，

生产设备三维模型组建模块包括三维生产设备模型加载模块，所述三维生产设备模型加载模块用于直接从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，生成未动态匹配的三维生产设备模型。

8.根据权利要求1所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，

生产设备三维模型组建模块包括动态匹配判定模块、三维生产设备模型加载模块、三维生产设备模型坐标动态匹配模块，

动态匹配判定模块：用于根据配置参数或外部指令或位置参数数据确定是否要求进行动态匹配，

三维生产设备模型加载模块：用于在获得动态匹配判定模块的动态匹配指令后，从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，并将位置参数数据匹配给三维生产设备模型，使得三维生产设备模型以匹配得到位置参数作为新的位置参数进行更新，并在新的位置参数处生成动态匹配的三维生产设备模型；

三维生产设备模型加载模块：用于在获得动态匹配判定模块的不动态匹配指令后，直接从三维生产设备模型库中调用三维生产设备模型，生成未动态匹配的三维生产设备模型；

位置参数数据属于所述分析数据的一部分，具体为生产设备的位置参数数据。

9.根据权利要求6或8所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，所述位置参数包括位置坐标参数或/和朝向参数。

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种虚实结合的生产线三维监控系统，其特征在于，所述数据分析单元对原始数据进行分析的方式为：数据分析单元按一定的采样频率从数据中心读取原始数据，并根据接收到的分析类型、分析的参数对接收到的原始数据进行预处理，根据分析类型的请求，调用相应的数据处理模块，将原始数据和分析的参数配置在数据处理模块中并进行分析计算。