CN109326239A - Hvrt数字化展示系统 - Google Patents

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时轮
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王洵溪
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Abstract

本发明提供了一种HVRT数字化展示系统，包括放映设备模块、待展示设备模块、灯光模块、数据采集模块以及HVRT总控模块；所述HVRT总控模块能够控制数据采集模块采集待展示设备模块的第一数据，能够根据设定的模式控制灯光模块和放映设备模块。本发明采用模块化设计，具有可靠性强、功能全面、使用灵活的优点；同时由于采用实时数据采集、实时数据处理的展示方式，本发明还具有时效性强，数据采集准确性好的优点；另外，本发明通过可视化的生产实况和数据展示，能够直观的体现生产线的运行状况，有利于提高生产效率。

Description

HVRT数字化展示系统
技术领域
本发明涉及数字孪生、自动化控制以及数字化展示领域，具体地，涉及一种HVRT(Holographic Virtual visual Real Time，全息虚拟可视化实时)数字化展示系统，尤其涉及一种基于智能产线的HVRT数字化展示系统。
背景技术
智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度，故障诊断等。也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能方法应用于产品配方，生产调度等，实现制造过程智能化。同时，物联网技术的发展用应用越来越广泛，智能工厂也是物联网发展的一个重要应用，对于制造型企业的改造升级具有重要价值。智能工厂的一个基本要求是需要实时监控生产设备的产量，方便管理者实时了解机床的产能和统计分析产量数据，准确确定产品交物时间，减少物料库存成本。
传统的工厂展示其产品和设备仅仅是一些图片及作业视频，并不能完全展现设备的动作以及加工的全过程，缺少产线的生产状态、设备运行状况、产能等实时生产信息，同时数据的时效性和准确性都有着不同程度的不足，不利于提高生查案效率。因此，考虑到智慧工厂的展示需要，提供现场设备数字化模型的实时三维动态展示以及整线仿真，与现场产线相结合进行展示是非常必要的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种HVRT数字化展示系统。
根据本发明提供的一种HVRT数字化展示系统，其特征在于，包括放映设备模块、待展示设备模块、灯光模块、数据采集模块以及HVRT总控模块；
所述HVRT总控模块能够控制数据采集模块采集待展示设备模块的第一数据，能够根据设定的模式控制灯光模块和放映设备模块。
优选地，所述放映设备模块包括投影设备、幕布设备以及音响设备；所述投影设备能够在HVRT总控模块的控制下将图像和/或视频投射到幕布设备上；所述音响设备能够在HVRT总控模块的控制下播放声音。
优选地，所述待展示设备模块包括制造单元、生产线设备、仓储单元以及工件中的任一种或任多种组合；所述生产线设备包括运输设备。
优选地，所述灯光模块能够在HVRT总控模块的控制下
-以相同或不同的强度照射待展示设备模块的各个部分；和/或
-单独调整放映设备模块所在位置的照射强度。
优选地，所述数据采集模块包括无人机、传感器、图像采集部件以及数据传输部件中的任一种或任多种组合；所述数据传输部件能够将无人机、传感器或者图像采集部件采集到的信息传输至HVRT总控模块。
优选地，所述HVRT总控模块包括历史数据库子模块、数据异常识别子模块、数据处理子模块以及图像视频生成子模块中的任一种或任多种组合；
所述历史数据库子模块包括数据采集模块的历史数据库，并且能够将实时采集的数据，按照设定的流程经筛选和/或整理后更新历史数据库；
所述数据异常识别子模块能够将实时采集的数据与历史数据库子模块中的历史数据库进行比对，并记录异常数据；
所述数据处理子模块能够将实时采集的数据和/或数据异常识别子模块中记录的异常数据根据设定的流程处理为可视化图表；
所述图像视频生成子模块能够将数据处理子模块得到的可视化图表和/或实时采集的数据生成为实时视频；
所述实时采集的数据包括图像和/或视频数据。
优选地，所述HVRT总控模块还包括放映控制子模块、灯光控制子模块、待展示设备监控子模块、数据采集控制子模块中的任一种或任多种组合；
所述放映控制子模块能够控制放映设备模块的开启和关闭，并将图像视频生成子模块生成的实时视频通过放映设备模块播放；
所述灯光控制子模块能够控制灯光模块按照设定的规则照射；
所述待展示设备监控子模块能够定位待展示设备模块的位置和高度；
所述数据采集控制子模块能够控制数据采集模块的开启和关闭。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的HVRT数字化展示系统采用模块化设计，具有可靠性强、功能全面、使用灵活的优点；
2、本发明提供的HVRT数字化展示系统具有时效性强，数据采集准确性好的优点；
3、本发明提供的HVRT数字化展示系统通过可视化的生产实况和数据展示，能够直观的体现生产线的运行状况，有利于提高生产效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的HVRT数字化展示系统的示意图；
图2为本发明的优选例布局示意图；
图3为本发明的优选例中SCADA系统的网络架构示意图；
图4为本发明的优选例中智能工厂的结构示意图；
图5为本发明的优选例中生产计划的第一流程示意图；
图6为本发明的优选例中生产计划的第二流程示意图；
图7为本发明的优选例中实时采集信息的数据流示意图；
图8为本发明的优选例中数字化展示内容的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种HVRT数字化展示系统，其特征在于，包括放映设备模块、待展示设备模块、灯光模块、数据采集模块以及HVRT总控模块；所述HVRT总控模块能够控制数据采集模块采集待展示设备模块的第一数据，能够根据设定的模式控制灯光模块和放映设备模块。
优选地，所述放映设备模块包括投影设备、幕布设备以及音响设备；所述投影设备能够在HVRT总控模块的控制下将图像和/或视频投射到幕布设备上；所述音响设备能够在HVRT总控模块的控制下播放声音。所述待展示设备模块包括制造单元、生产线设备、仓储单元以及工件中的任一种或任多种组合；所述生产线设备包括运输设备。所述灯光模块能够在HVRT总控模块的控制下
-以相同或不同的强度照射待展示设备模块的各个部分；和/或
-单独调整放映设备模块所在位置的照射强度。
具体地，所述数据采集模块包括无人机、传感器、图像采集部件以及数据传输部件中的任一种或任多种组合；所述数据传输部件能够将无人机、传感器或者图像采集部件采集到的信息传输至HVRT总控模块。所述HVRT总控模块包括历史数据库子模块、数据异常识别子模块、数据处理子模块以及图像视频生成子模块中的任一种或任多种组合；所述历史数据库子模块包括数据采集模块的历史数据库，并且能够将实时采集的数据，按照设定的流程经筛选和/或整理后更新历史数据库；所述数据异常识别子模块能够将实时采集的数据与历史数据库子模块中的历史数据库进行比对，并记录异常数据；所述数据处理子模块能够将实时采集的数据和/或数据异常识别子模块中记录的异常数据根据设定的流程处理为可视化图表；所述图像视频生成子模块能够将数据处理子模块得到的可视化图表和/或实时采集的数据生成为实时视频；所述实时采集的数据包括图像和/或视频数据。所述HVRT总控模块还包括放映控制子模块、灯光控制子模块、待展示设备监控子模块、数据采集控制子模块中的任一种或任多种组合；所述放映控制子模块能够控制放映设备模块的开启和关闭，并将图像视频生成子模块生成的实时视频通过放映设备模块播放；所述灯光控制子模块能够控制灯光模块按照设定的规则照射；所述待展示设备监控子模块能够定位待展示设备模块的位置和高度；所述数据采集控制子模块能够控制数据采集模块的开启和关闭。
更具体地，本发明提供的HVRT数字化展示系统的优选方案如下：
所述图像采集部件为若干个摄像机，该摄像机能够实时传输生产画面；所述幕布设备选用纱幕，所述纱幕是HVRT数字化展示系统的载体，搭建在产线区域的中央，在搭建的观景台可观看展示视频和周围的产线。所述待展示设备模块包括CNC(ComputerizedNumerical Control，计算机数控)加工中心、清洗机、试漏装置、AGV小车以及工件。用于展示的视频包括生产过程数据、生产质量数据、ANDON报警数据、生产历史数据以及生产实时画面等；其中生产过程数据包括设备异常信号、设备运行状态以及通过模式，生产质量数据包括CNC内部的主轴振动传感器信号、主轴热变形补偿、清洗机合格信号以及试漏装置合格信号。所述待展示设备监控子模块能够在设定的权限范围内控制生产线的生产过程和仓储物流。HVRT总控模块能够实现HVRT影片正片放映控制、影片纱幕及各类硬件的自动起降控制、产线现场的灯光控制方案、数字化工厂生产线的生产控制、AGV物流控制以及无人机拍摄控制。在整个影片的放映当中，需要根据影片节奏适时协调各部分内容，根据影片脚本进行自动化演示。HVRT总控模块中以Webservice与中间数据库的形式集成有ERP(EnterpriseResource Planning，企业资源计划)企业资源管理系统、MES(Manufacturing ExecutionSystem，制造企业生产过程执行系统)制造执行系统以及WMS(Warehouse ManagementSystem，仓库管理系统)仓储物流系统。关于产线生产过程数据以及生产质量数据的采集，主要通过MES系统对于不同设备的单机集成实现，特别的，对于CNC加工中心，采用SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)系统基于OPC(OLEfor Process Control，用于过程控制的OLE，其中OLE是指Object Linking andEmbedding，对象连接与嵌入)通讯协议采集传感器信息。关于产线数据的实时采集部分，主要基于OPC通讯协议来实现。各设备之间采取RJ45接口实现数据的有线传输。
为了实现实时数据的展示，需要对MES和ERP系统进行数据集成。MES系统主要用于提供产线的详细排产数据以及产线上布置的传感器采集到的数据，而ERP系统则用于提供产线的订单数据和生产计划数据，这些数据都会通过Webservice发布，与此同时HVRT系统会实时读取MES和ERP系统发布的数据，并在本地创建一个cav表格文件，用于对读取的数据进行储存和更新。
产线设备上的数据采集由SCADA系统完成。图3为SCADA系统的网络架构，架构分为3层，SCADA服务器层、SCADA设备层和车间设备层。该构架包含MES自动化层面的主要业务功能及内部各部分之间的接口等。
FT SE服务器：主要功能为HMI(Human Machine Interface，人机接口)设备监控，读取相关信息显示趋势、诊断数据。
历史数据库服务器：主要功能为存储生产过程中的历史数据。
数据采集服务器：主要功能为采集数控机床,测试设备等数据，根据MES的命令实现文件上传下载功能，并且能够通过OPC将数据写入Master PLC。
Master PLC：主要功能数据处理中心，远程IO(Input/Output，输入/输出)，以及监控部分。Master PLC在SCADA系统中的作用为数据处理和逻辑处理；就近连接远程IO和电表；与FTPC和数据采集服务器进行数据交换，OEM(Original Equipment Manufacturer，原始设备制造商)PLC，Slave PLC，以及HMI数据交换。
远程I/O：能够控制三色灯和按钮。
采用Master PLC作为数据处理中心与底层设备通信，Master PLC再通过OPC与MES服务器通信，保证整个系统能在环网、新型网等各种混合网络设备上运行，并能保证数据交换的准确与安全。最终采集到的数据和实时画面通过覆盖的方式显示在宣传片预留的窗口中。
图4为智能工厂结构示意图。SCADA系统负责采集传感器数据并将数据传递至MES系统，再由MES系统中的生产过程监控模块将获取的数据经过整理后上传至服务器以供HVRT数字化展示系统调用。
图5和图6为主计划下达流程图。首先由ERP系统生成生产主计划并将主计划下发至MES。MES结合此时产线的资源配置、工作日历、约束条件及参数和生产计划实绩反馈，制定出详细的生产计划。然后结合紧急插单的信息，锁定该生产计划并下发生产计划到设备。同时，MES会根据此生产计划生成对应的物料需求计划，MES生成的物料需求计划与ERP下发的物料需求计划核对无误后会下发至WMS。WMS接收到物料需求计划后制定详细的物料配送计划，当产线上的OP010设备发送出物料配送信号之后，WMS便调用AGV从库存中取出指定的物料并配送至对应的设备。配送到位之后产线开始运行，加工完毕之后，最后一台设备OP190会发送一个完工下料信息至MES。之后MES创建一条完工入库信息并将信息发送至WMS,WMS收到该信息后便调用AGV，将OP190加工完毕的成品运送至库存成品存放区。
图7为本发明提供的HVRT数字化展示系统中采集传感器实时信息的数据流图。CNC加工中心布置的传感器采集到的数据分四类，分别是加工配方数据、加工过程数据、报警信息和质量监控数据。具体的流程为：OPC服务器通过Kepware读写CNC数据块和CNC服务器采集的数据，然后FTPC服务器再读写Kepware，FTPC将数据存到Oracle数据库之后将数据写入Master PLC，最后PMC服务器通过FTSE读取变量，再通过FTVP进行WEB发布。从Orcale数据库调取采集到的生产过程数据、质量监控数据，将采集到的设备传感器数据绘制成实时图表，将生产过程数据以及质量监控数据等各项指标绘制成实时数据表格，采用时域控制的方式将画面抓取并在特定的时间投放在HVRT的纱幕上。
进一步地，本发明的优选例将数字化宣传片和产线实际运行这两种产线展示方式结合在一起，实现了产线的沉浸式数字化展示。其中，无人机航拍用于采集产线的实时运行画面，传感器和数据采集系统用于采集产线运行中所检测到的数据。本发明是一种基于数字孪生概念，同时运行数字化虚拟产线和实际产线，并将虚拟产线运行画面和实际产线运行画面以及数据融合至同一纱幕上展示的新型产线数字化展示系统。HVRT宣传片部分，主要分为两个部分。第一部分展示的是产线所采用的CNC加工中心的结构特点和性能指标，第二部分展示的是虚拟产线生产一件缸盖与阀体混线生产的全过程数字化运行过程。在HVRT宣传片中，预留了部分窗口用于展示产线实际运行的实时画面和实时数据。其中实时画面由无人机航拍并利用工厂内局域网进行无线传输得到，实时数据则由产线的数据采集系统实时采集得到。其中，虚拟产线所需要的产线仿真技术是一项实现数字化工厂的关键技术。产线仿真技术依托于信息技术，将一条实际的生产线通过计算机模型展示出来。具体流程为：结合产品工艺流程，工厂制造资源等信息，对整个生产系统的各个元素和生产过程统一建模，然后对生产线整体布局及物流系统进行仿真。实时数据采集技术是一项基于工业物联网和计算机的数据采集技术，主要指采集信号对象的数据信息，并通过处理机制分析过滤数据和储存数据。无人机航拍画面传输所需的实时图像传输技术是一项基于互联网和特定的图像传输协议的无线图像传输技术。
更进一步地，如图8所示，影片展示内容包含：生产线设备数字化模型、生产线整线生产加工仿真、生产线设备以及生产线实时加工数据信息。纱幕投放生产线设备数字化模型时，现场灯光会追踪该生产线设备实物，智能产线根据指令进行自动化生产，纱幕上投放生产线整线生产加工仿真，在其预留区域，显示生产线实时加工数据信息，以及无人机跟拍实际产线运行画面。实际应用中，HVRT展示影片的优选方式如下：
厂房黑灯，当纱幕亮起时，首先映入眼帘的是企业LOGO以及所承担的重大项目等企业信息；其次是工厂的重点特色设备CNC的数字化模型，并且产线上灯光打亮该设备，纱幕上显示该设备数字化模型的三维动画，直线位移速度、加速度、转台定位精度、重复定位精度等信息，以及其安装的传感器类型，包括温度传感器、位移传感器、振动传感器、力传感器等等。介绍到传感器时，由SCADA进行实时数据采集，并显示到纱幕上对应的实时数据窗口位置。
重点特色设备展示完毕后，产线灯光全部打亮，影片显示整条产线的轮廓，与现场实际产线重叠，虚实结合地展示整条产线。然后灯光全部熄灭，影片开始从立体库下料，AGV上料开始，直到成品入库具体详细地介绍整条产线。影片展示立体库下料时，产线上对应的立体库区域的灯光打亮，无人机跟踪产品动向拍摄，并将实时画面传送到影片预留的区域内，产品进入到CNC加工时，无人机无法拍摄，调用CNC内部的摄像头拍摄画面并传送到纱幕。影片的展示共分为三部分：产线的仿真、无人机航拍的预留画面、实时数据展示窗口。按照生产流程进行整条产线的展示，若有紧急插单情况，产线继续进行生产，而实时数据窗口显示紧急插单，ERP下达任务到MES系统和WPS系统，进行生产计划的制定以及物料的准备，一切准备完毕后，等待产线生产完成后，更换刀具、夹具、夹爪开始生产紧急订单。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种HVRT数字化展示系统，其特征在于，包括放映设备模块、待展示设备模块、灯光模块、数据采集模块以及HVRT总控模块；
所述HVRT总控模块能够控制数据采集模块采集待展示设备模块的第一数据，能够根据设定的模式控制灯光模块和放映设备模块。
2.根据权利要求1所述的HVRT数字化展示系统，其特征在于，所述放映设备模块包括投影设备、幕布设备以及音响设备；所述投影设备能够在HVRT总控模块的控制下将图像和/或视频投射到幕布设备上；所述音响设备能够在HVRT总控模块的控制下播放声音。
3.根据权利要求2所述的HVRT数字化展示系统，其特征在于，所述待展示设备模块包括制造单元、生产线设备、仓储单元以及工件中的任一种或任多种组合；所述生产线设备包括运输设备。
4.根据权利要求3所述的HVRT数字化展示系统，其特征在于，所述灯光模块能够在HVRT总控模块的控制下
-以相同或不同的强度照射待展示设备模块的各个部分；和/或
-单独调整放映设备模块所在位置的照射强度。
5.根据权利要求1所述的HVRT数字化展示系统，其特征在于，所述数据采集模块包括无人机、传感器、图像采集部件以及数据传输部件中的任一种或任多种组合；所述数据传输部件能够将无人机、传感器或者图像采集部件采集到的信息传输至HVRT总控模块。
6.根据权利要求1所述的HVRT数字化展示系统，其特征在于，所述HVRT总控模块包括历史数据库子模块、数据异常识别子模块、数据处理子模块以及图像视频生成子模块中的任一种或任多种组合；
所述历史数据库子模块包括数据采集模块的历史数据库，并且能够将实时采集的数据，按照设定的流程经筛选和/或整理后更新历史数据库；
所述数据异常识别子模块能够将实时采集的数据与历史数据库子模块中的历史数据库进行比对，并记录异常数据；
所述数据处理子模块能够将实时采集的数据和/或数据异常识别子模块中记录的异常数据根据设定的流程处理为可视化图表；
所述图像视频生成子模块能够将数据处理子模块得到的可视化图表和/或实时采集的数据生成为实时视频；
所述实时采集的数据包括图像和/或视频数据。
7.根据权利要求6所述的HVRT数字化展示系统，其特征在于，所述HVRT总控模块还包括放映控制子模块、灯光控制子模块、待展示设备监控子模块、数据采集控制子模块中的任一种或任多种组合；
所述放映控制子模块能够控制放映设备模块的开启和关闭，并将图像视频生成子模块生成的实时视频通过放映设备模块播放；
所述灯光控制子模块能够控制灯光模块按照设定的规则照射；
所述待展示设备监控子模块能够定位待展示设备模块的位置和高度；
所述数据采集控制子模块能够控制数据采集模块的开启和关闭。
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