CN108170077A - 一种面向数字化车间的实时3d可视化监控系统 - Google Patents

一种面向数字化车间的实时3d可视化监控系统 Download PDF

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Abstract

一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，包括车间设备单元、监控Agent客户端、车间内部局域网、监控Agent服务器端、实时数据库；监控Agent客户端利用传感或通信技术，采集设备的实时数据，将采集到的数据进行打包，通过车间内部局域网，发送到即监控Agent服务器端；监控Agent服务器端在接受到各个设备单元的监控Agent打包发送的实时数据后，对数据包进行解析并存储到实时数据库；监控Agent服务器端设有3D可视化监控界面，通过监听线程，实时地监听数据库中相应数据变化，从而驱动3D可视化界面的实时动画。本发明具有良好的模块性、易于扩展性和设计灵活简单，能有效降低系统的总成本。

Description

一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统
技术领域
本发明属于智能制造技术领域，尤其是一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统。
背景技术
可视化作为智能制造中的一个重要技术，近年来越来越受到人们的关注和重视。目前，传统视频监控或重视实时收发仿真数据，或注重于显示通讯设备仿真模块中的设备运行状态。实时3D可视化虚拟监控与视频监控的本质区别在于两点：区别一，实时3D可视化虚拟监控在用户界面所表现的物理场景是通过三维建模技术实现的；区别二，实时3D可视化虚拟监控是由实时数据驱动反应各个设备的物理状态和性能，而传统视频监控只能表现各个设备的外观外貌。
但目前的3D可视化主要用于离线仿真，或专注于产品3D展示，没有实时状态数据驱动，缺少实时性；同时也均不涉及如何通过实时状态数据驱动提供三维虚拟模型动作的实时性。但是目前的智能制造中数字化车间缺乏实时透明化的管控，迫切需要建设一套面向数字化车间的实时3D可视化监控系统。
发明内容
本发明的目的在于通过一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，来解决以上背景技术中提到的问题。
为实现该目的，本发明采用的技术方案是：一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，包括车间设备单元、监控Agent客户端、车间内部局域网、监控Agent服务器端、实时数据库；所述监控Agent客户端利用传感或通信技术，采集设备的实时数据，将采集到的数据进行打包，通过车间内部局域网，发送到即监控Agent服务器端；所述监控Agent服务器端在接受到各个设备单元的监控Agent打包发送的实时数据后，对数据包进行解析并存储到实时数据库；所述监控Agent服务器端设有3D可视化监控界面，通过监听线程，实时地监听数据库中相应数据变化，从而驱动3D可视化界面的实时动画。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述监控Agent服务器端接收到的监控Agent客户端打包发送的数据包中，除了设备的实时物理状态数据作为驱动数据外，其他数据作为隐性数据存储在数据库中，供用户监控作一定周期内的预测分析使用。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述车间内任意设备单元包括机床、机械手、AGV、自动仓储单元。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，根据所需实时监控的动态特征，确定各传感器所需要的检测信号，在车间各个相应的位置布置相应的传感器。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述监控Agent客户端将采集到的实时物理状态数据，以及该Agent模块内与其他Agent交互产生的车间运行状态数据，一起进行打包，并通过车间内部局域网，建立TCP/IP通信，设定每隔固定时间将数据包发送到监控Agent服务器端，此往复循环实现对数字化车间的实时数据的采集与发送。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述实时物理状态数据为车间的状态信息，包括机械手的转动位置信息、AGV的位置信息及是否运行、机床主轴转速及重要结构的温度等。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述监控Agent服务器端在接受到Agent客户端发送的数据包后，对数据包进行数据解析，解析成3D可视化实时监控所需要的数据格式，并将这些数据存储到已建立好的实时数据库中对应的位置。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述3D可视化实时监控界面中，各个三维虚拟模型以及二维显示窗口都会有相应的监听线程来监听数据库中相应位置的数据的变化，一旦数据库中数据进行更新，更新后的实时数据将驱动三维虚拟模型以及二维显示界面进行相应的动作或显示调整，从而实现数字化车间的3D可视化监控的实时性。
进一步地，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，所述预测分析监控每隔一定的周期，对在这周期内存储在数据库中的隐性数据进行分析，从而达到预测故障或其他问题的效果
本发明提出的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统构建方法，解决了目前智能制造中数字化车间缺乏实时透明化的管控这一问题。引入多Agent系统思想，每个Agent具有独立性和自主性，支持分布式应用，所以具有良好的模块性、易于扩展性和设计灵活简单，克服了建设一个庞大的系统所造成的管理和扩展的困难，能有效降低系统的总成本。
附图说明
图1为本发明一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统的架构图；
图2为本发明一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统的实时监控与故障预测的步骤流程图。
具体实施方式
为便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文中所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，包括车间设备单元、监控Agent客户端、车间内部局域网、监控Agent服务器端、实时数据库；所述监控Agent客户端利用传感或通信技术，采集设备的实时数据，将采集到的数据进行打包，通过车间内部局域网，发送到即监控Agent服务器端；所述监控Agent服务器端在接受到各个设备单元的监控Agent打包发送的实时数据后，对数据包进行解析并存储到实时数据库；所述监控Agent服务器端设有3D可视化监控界面，通过监听线程，实时地监听数据库中相应数据变化，从而驱动3D可视化界面的实时动画。
本发明一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，工作时的步骤如下：
一、以车间中AGV运输任务为例
1、AGV所需实时监控的动态特征，最主要的是位置信息。AGV的位置信息通过RFID技术读取。首先将AGV运动路径按照路径点事先规划分成多段，每两个路径点之间以RFID射频卡为基准：当AGV运行过程中读到射频卡时，采集到当前位置信息数据，以及通过上位机服务器得到下一段路径是否继续运动的信号数据。配置在AGV上的监控Agent客户端将上述的两种动态特征数据，以及通过传感器采集到的AGV的其他状态数据，一起打包成数据包，通过车间内部局域网，每隔一定时间将数据包发送到监控Agent服务器。
2、监控Agent服务器在接收到数据包后，利用脚本程序对数据包进行解析，将解析完成后的数据存储到本地MySQL数据库中相应的位置。
3、用户3D可视化监控软件通过监听线程脚本，实时获取更新后的AGV的位置信息以及下一段路径是否继续运动的信号。如果获得的信号是下一段路径继续运动，那么3D可视化监控界面中的AGV三维虚拟模型将会按照预先设置好的运动速度，与实际车间中的AGV保持一致，从当前位置点开始，进行下一段路径的运动，从而实现AGV运动虚拟监控的实时性。
4、除去实时动态特征数据外，还存储有AGV的其他状态数据，例如AGV的电池电量信息。实时的电量信息，只有在电量非常低的时候才会给人以警示信息，但是万一AGV在运输某一任务过程就断电停止工作了，将会严重影响车间的生产计划。所以需要对事先存储好的电池电量信息进行数据分析，预测该AGV还能继续运行的时间，结合上位机给出的AGV接下来的任务序列，在一定的合理误差内，判断AGV需要充电或者更换电池的时间点，以保证车间的稳定运行，从而达到故障预测的效果。
二、以车间中铣床工作任务为例
1、铣床所需实时监控的动态特征，最主要的包括刀具的转速、刀具的位置信息以及工作台的位置信息。首先按照工艺路线建立铣床的动作序列，根据实时的位置传感器采集到当前位置信息数据，以及通过上位机服务器得到下一段路径是否继续运动的信号数据。配置在铣床上的监控Agent客户端将上述的两种动态特征数据，以及通过传感器采集到的铣床的其他状态数据，一起打包成数据包，通过车间内部局域网，每隔一定时间将数据包发送到监控Agent服务器。
2、监控Agent服务器在接收到数据包后，利用脚本程序对数据包进行解析，将解析完成后的数据存储到本地MySQL数据库中相应的位置。
3、用户3D可视化监控软件通过监听线程脚本，实时获取更新后的铣床的刀具和工作台的位置信息以及下一段路线是否继续运动的信号。实时物理状态变化后，那么3D可视化监控界面中的铣床三维虚拟模型将会按照预先设置好的运动速度，与实际车间中的铣床保持一致，从当前位置点开始，进行下一段的路线运动，从而实现铣床动作虚拟监控的实时性。
4)除去实时动态特征数据外，还存储有铣床的其他状态数据，例如铣床的重要部件温度。实时温度如果突破限值，在短时间内很难迅速冷却。所以需要对事先存储好的温度信息进行数据分析，预测该铣床的重要部件温度是否会突破极限值，在一定的合理误差内，判断铣床需要提前冷却的时间点，以保证车间的稳定运行，从而达到故障预测的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所述方法，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：包括车间设备单元、监控Agent客户端、车间内部局域网、监控Agent服务器端、实时数据库；所述监控Agent客户端利用传感或通信技术，采集设备的实时数据，将采集到的数据进行打包，通过车间内部局域网，发送到即监控Agent服务器端；所述监控Agent服务器端在接受到各个设备单元的监控Agent打包发送的实时数据后，对数据包进行解析并存储到实时数据库；所述监控Agent服务器端设有3D可视化监控界面，通过监听线程，实时地监听数据库中相应数据变化，从而驱动3D可视化界面的实时动画。
2.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述监控Agent服务器端接收到的监控Agent客户端打包发送的数据包中，除了设备的实时物理状态数据作为驱动数据外，其他数据作为隐性数据存储在数据库中，供用户监控作一定周期内的预测分析使用。
3.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述车间内任意设备单元包括机床、机械手、AGV、自动仓储单元。
4.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：根据所需实时监控的动态特征，确定各传感器所需要的检测信号，在车间各个相应的位置布置相应的传感器。
5.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述监控Agent客户端将采集到的实时物理状态数据，以及该Agent模块内与其他Agent交互产生的车间运行状态数据，一起进行打包，并通过车间内部局域网，建立TCP/IP通信，设定每隔固定时间将数据包发送到监控Agent服务器端，此往复循环实现对数字化车间的实时数据的采集与发送。
6.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述实时物理状态数据为车间的状态信息，包括机械手的转动位置信息、AGV的位置信息及是否运行、机床主轴转速及重要结构的温度等。
7.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述监控Agent服务器端在接受到Agent客户端发送的数据包后，对数据包进行数据解析，解析成3D可视化实时监控所需要的数据格式，并将这些数据存储到已建立好的实时数据库中对应的位置。
8.根据权利要求1所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述3D可视化实时监控界面中，各个三维虚拟模型以及二维显示窗口都会有相应的监听线程来监听数据库中相应位置的数据的变化，一旦数据库中数据进行更新，更新后的实时数据将驱动三维虚拟模型以及二维显示界面进行相应的动作或显示调整，从而实现数字化车间的3D可视化监控的实时性。
9.根据权利要求2所述的一种面向数字化车间的实时3D可视化监控系统，其特征在于：所述预测分析监控每隔一定的周期，对在这周期内存储在数据库中的隐性数据进行分析，从而达到预测故障或其他问题的效果。
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