CN113496548A - 一种面向透明工厂的生产现场数据映射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向透明工厂的生产现场数据映射方法，将真实生产车间的厂房、设备、产品映射至虚拟静态模型，提取整合三维数据，在虚拟静态模型设置相应的动作节点与动作属性，重构为虚拟动态模型，模拟车间的生产场景，渲染虚拟动态模型，生成厂房、设备、产品的XML脚本，提取特定字段，作为触发动作节点与动作属性的依据，实现车间实时生产动态展示和人机交互，从车间级、产线级、单元级可视化展示车间信息，将生产制造信息与车间虚拟场景深度融合，实时生产数据驱动虚拟车间的动作属性，监控车间运行状况，全面提升智能车间管控能力。
Description
技术领域
本发明属于数据映射技术领域，具体涉及一种生产车间虚拟化技术。
背景技术
数字孪生技术是近些年逐渐兴起的一种数据映射技术，利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成数据映射，反应实体装备的全生命周期过程，在智能制造领域有广泛的应用。
传统的车间监控方法以数据流转为主要管理方式，无法深入到各生产执行单元做更为精细化的管理。现有的车间管控系统无法脱离监控界面的符号化、管理的平面网格化，不能更加直观、立体地了解车间内的每一处生产细节。现有的车间监控方法对于虚拟三维车间与生产流程、生产数据的集成和融合还不够成熟，不能有效、直观地展示车间运行状态和全景。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种面向透明工厂的生产现场数据映射方法，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
三维模型提取：将真实生产车间的厂房、设备、产品映射至虚拟静态模型，将产品研发系统PDS的真实车间涉及的三维数据提取整合，建立生产车间的三维场景数据库。
进一步的，厂房包括：厂房结构及场地各装配单元划分，与真实车间厂房相对应。
进一步的，设备包括：车间各自动化装调平台、机器人模组、通用装调平台、末端冷却机组、物料托盘、AGV小车、线边缓存区物料架、测试设备、线边缓存区一体化计算机、工具柜、液压油源、检漏设备、展示区触摸屏、门存放工装、吊装工装、辅助支撑工装架、升降梯、登高梯、测试工装，与真实车间设备相对应。
进一步的，产品包括：车间内总装过程涉及的零部件、物料、整机产品，与真实车间产品相对应。
三维虚拟建模：由真实生产车间的动作情况，在虚拟静态模型设置相应的动作节点与动作属性，经轻量化处理，获得轻量化模型，导入Unity平台，将虚拟静态模型重构为虚拟动态模型，模拟车间的生产场景。
渲染虚拟动态模型：由车间各产线、装配单元和运转流程，生成厂房、设备、产品的XML脚本。
提取融合生产数据：采用TCP/IP协议，提取ERP系统、制造运营系统、数据采集系统的特定字段，加载到车间的生产场景，作为触发动作节点与动作属性的依据，为车间信息可视化展示提供数据。
进一步的，特定字段包括：生产订单计划表、台套计划表、物料齐套表、设备资源表、人员资源表、质量问题清单；生产订单计划表包括：与车间级展示对应的车间生产订单计划、与产线级展示对应的产线生产订单计划、与单元级展示对应的单元生产订单计划，数个单元生产订单计划叠加为产线生产订单计划，数个产线生产订单计划叠加为车间生产订单计划，通过具体的生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；台套计划表通过识别生产订单代号，从产线级生产订单抽取数个特定订单，形成台套计划，包括：与车间级展示对应的车间台套计划、与产线级展示对应的产线台套计划，数个产线台套计划叠加为车间台套计划，通过具体的项目代号映射到对应总装产线三维模型中；物料齐套表与生产订单对应，通过生产订单映射到对应装配单元三维模型中；设备资源表与各装配单元对应的设备三维模型直接绑定；人员资源表与生产订单绑定，通过生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；质量问题清单与生产订单绑定，通过生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中。
进一步的，特定字段还包括：机器人模组各关节实时动态旋转角度信息、通用装调平台旋转角度信息、生产订单实时状态信息；机器人模组各关节实时动态旋转角度信息实时映射到机器人模组三维虚拟模型中；通用装调平台旋转角度信息实时映射到机器人模组三维虚拟模型中；生产订单状态信息的变更实时触发三维虚拟模型的动作节点与动作属性。
三维可视化展示：实现车间实时生产动态展示和人机交互，从车间级、产线级、单元级可视化展示车间信息，产线级可视化由单元级可视化叠加形成，车间级可视化由单元级可视化叠加。
进一步的，车间实时生产动态展示包括：虚拟三维动态模型展示和生产信息数据展示，虚拟三维动态模型展示包括车间的实时生产动态，随采集信息的变化，相应改变三维虚拟模型状态，实现采集数据与虚拟场景的映射；生产信息数据展示与虚拟三维动态模型相融合，通过人机交互拾取相关生产信息数据板块标识，弹出相应数据悬浮窗进行分级分类展示。
进一步的，可视化展示包括：虚拟三维模型显示与半透明虚化显示；车间级可视化展示显示整体车间，三维模型无虚化效果；产线级可视化展示显示对应产线，其余部分三维模型虚化；单元级可视化展示显示对应单元，其余部分三维模型虚化。
进一步的，人机交互的输入设备包括鼠标、键盘、触屏控制中的一种或数种。
本发明的有益效果：将真实车间的厂房、设备、产品映射至虚拟静态模型，基于特定动作节点与动作属性重构车间三维虚拟动态模型；将生产制造信息与车间虚拟场景深度融合，实时生产数据驱动虚拟车间的动作属性，实现映射真实车间场景；实时采集车间计划、订单、资源等相关信息，实时监控车间运行状况，全面提升智能车间管控能力。
附图说明
图1是生产数据与三维虚拟模型的融合流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
将真实生产车间的厂房、设备、产品映射至虚拟静态模型，将产品研发系统PDS的真实车间涉及的三维数据提取整合，建立生产车间的三维场景数据库。
厂房结构及场地各装配单元划分，与真实车间厂房相对应；车间各自动化装调平台、机器人模组、通用装调平台、末端冷却机组、物料托盘、AGV小车、线边缓存区物料架、测试设备、线边缓存区一体化计算机、工具柜、液压油源、检漏设备、展示区触摸屏、门存放工装、吊装工装、辅助支撑工装架、升降梯、登高梯、测试工装，与真实车间设备相对应；车间内总装过程涉及的零部件、物料、整机产品，与真实车间产品相对应。
由真实生产车间的动作情况，在虚拟静态模型设置相应的动作节点与动作属性，经轻量化处理，获得轻量化模型，导入Unity平台，将虚拟静态模型重构为虚拟动态模型，模拟车间的生产场景，由车间各产线、装配单元和运转流程，生成厂房、设备、产品的XML脚本。
采用TCP/IP协议，提取ERP系统、制造运营系统、数据采集系统的特定字段，加载到车间的生产场景，作为触发动作节点与动作属性的依据，为车间信息可视化展示提供数据。
特定字段包括生产订单计划表、台套计划表、物料齐套表、设备资源表、人员资源表、质量问题清单、机器人模组各关节实时动态旋转角度信息、通用装调平台旋转角度信息、生产订单实时状态信息，如图1所示。
生产订单计划表包括与车间级展示对应的车间生产订单计划、与产线级展示对应的产线生产订单计划、与单元级展示对应的单元生产订单计划，数个单元生产订单计划叠加为产线生产订单计划，数个产线生产订单计划叠加为车间生产订单计划，通过具体的生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；台套计划表通过识别生产订单代号，从产线级生产订单抽取数个特定订单，形成台套计划，包括与车间级展示对应的车间台套计划、与产线级展示对应的产线台套计划，数个产线台套计划叠加为车间台套计划，通过具体的项目代号映射到对应总装产线三维模型中；物料齐套表与生产订单对应，通过生产订单映射到对应装配单元三维模型中；设备资源表与各装配单元对应的设备三维模型直接绑定；人员资源表与生产订单绑定，通过生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；质量问题清单与生产订单绑定，通过生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；机器人模组各关节实时动态旋转角度信息实时映射到机器人模组三维虚拟模型中；通用装调平台旋转角度信息实时映射到机器人模组三维虚拟模型中；生产订单状态信息的变更实时触发三维虚拟模型的动作节点与动作属性。
实现车间实时生产动态展示和人机交互，从车间级、产线级、单元级可视化展示车间信息，产线级可视化由单元级可视化叠加形成，车间级可视化由单元级可视化叠加。
虚拟三维动态模型展示包括车间的实时生产动态，随采集信息的变化，相应改变三维虚拟模型状态，实现采集数据与虚拟场景的映射；生产信息数据展示与虚拟三维动态模型相融合，通过人机交互拾取相关生产信息数据板块标识，弹出相应数据悬浮窗进行分级分类展示。
车间级可视化展示显示整体车间，三维模型无虚化效果；产线级可视化展示显示对应产线，其余部分三维模型虚化；单元级可视化展示显示对应单元，其余部分三维模型虚化。
人机交互的输入设备包括鼠标、键盘、触屏控制中的一种或数种。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，包括：三维模型提取：将真实生产车间的厂房、设备、产品映射至虚拟静态模型，将产品研发系统PDS的真实车间涉及的三维数据提取整合，建立生产车间的三维场景数据库；三维虚拟建模：由真实生产车间的动作情况，在虚拟静态模型设置相应的动作节点与动作属性，经轻量化处理，获得轻量化模型，导入Unity平台，将虚拟静态模型重构为虚拟动态模型，模拟车间的生产场景；渲染虚拟动态模型：由车间各产线、装配单元和运转流程，生成厂房、设备、产品的XML脚本；提取融合生产数据：采用TCP/IP协议，提取ERP系统、制造运营系统、数据采集系统的特定字段，加载到车间的生产场景，作为触发动作节点与动作属性的依据，为车间信息可视化展示提供数据；三维可视化展示：实现车间实时生产动态展示和人机交互，从车间级、产线级、单元级可视化展示车间信息，产线级可视化由单元级可视化叠加形成，车间级可视化由单元级可视化叠加。
2.根据权利要求1所述的面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，所述三维模型提取，包括：厂房包括厂房结构及场地各装配单元划分，与真实车间厂房相对应；设备包括车间各自动化装调平台、机器人模组、通用装调平台、末端冷却机组、物料托盘、AGV小车、线边缓存区物料架、测试设备、线边缓存区一体化计算机、工具柜、液压油源、检漏设备、展示区触摸屏、门存放工装、吊装工装、辅助支撑工装架、升降梯、登高梯、测试工装，与真实车间设备相对应；产品包括车间内总装过程涉及的零部件、物料、整机产品，与真实车间产品相对应。
3.根据权利要求1所述的面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，所述特定字段，包括：生产订单计划表、台套计划表、物料齐套表、设备资源表、人员资源表、质量问题清单；生产订单计划表包括：与车间级展示对应的车间生产订单计划、与产线级展示对应的产线生产订单计划、与单元级展示对应的单元生产订单计划，数个单元生产订单计划叠加为产线生产订单计划，数个产线生产订单计划叠加为车间生产订单计划，通过具体的生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；台套计划表通过识别生产订单代号，从产线级生产订单抽取数个特定订单，形成台套计划，包括：与车间级展示对应的车间台套计划、与产线级展示对应的产线台套计划，数个产线台套计划叠加为车间台套计划，通过具体的项目代号映射到对应总装产线三维模型中；物料齐套表与生产订单对应，通过生产订单映射到对应装配单元三维模型中；设备资源表与各装配单元对应的设备三维模型直接绑定；人员资源表与生产订单绑定，通过生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中；质量问题清单与生产订单绑定，通过生产订单代号映射到对应装配单元三维模型中。
4.根据权利要求1或3所述的面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，所述特定字段，包括：机器人模组各关节实时动态旋转角度信息、通用装调平台旋转角度信息、生产订单实时状态信息，机器人模组各关节实时动态旋转角度信息实时映射到机器人模组三维虚拟模型中，通用装调平台旋转角度信息实时映射到机器人模组三维虚拟模型中，生产订单状态信息的变更实时触发三维虚拟模型的动作节点与动作属性。
5.根据权利要求1所述的面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，所述车间实时生产动态展示，包括：虚拟三维动态模型展示包括车间的实时生产动态，随采集信息的变化，相应改变三维虚拟模型状态，实现采集数据与虚拟场景的映射；生产信息数据展示与虚拟三维动态模型相融合，通过人机交互拾取相关生产信息数据板块标识，弹出相应数据悬浮窗进行分级分类展示。
6.根据权利要求5所述的面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，所述可视化展示，包括：虚拟三维模型显示与半透明虚化显示；车间级可视化展示显示整体车间，三维模型无虚化效果；产线级可视化展示显示对应产线，其余部分三维模型虚化；单元级可视化展示显示对应单元，其余部分三维模型虚化。
7.根据权利要求1所述的面向透明工厂的生产现场数据映射方法，其特征在于，所述人机交互，包括：输入设备包括鼠标、键盘、触屏控制的一种或数种。
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