CN113569328A - 一种工厂三维模型搭建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工厂三维模型搭建方法，通过获取待搭建工厂的平面布局图；识别确定平面布局图中的目标构件，对各目标构件按照其图形外轮廓进行勾线形成闭合样条线；以闭合样条线作为X轴Z轴平面，设置Y轴高度，生成立体对象模型；并对各立体对象模型写入属性信息；导出为FBX格式文件，导入到Unity得到待搭建工厂的三维模型；本方案可广泛应用于工业互联网各个工厂，对企业规模、产品领域无任何限制，通用性高，成本低，可广泛推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及工业互联网技术领域，尤其涉及一种工厂三维模型搭建方法。
背景技术
建立数字化工厂是传统制造业走向高端制造的必经之路，也是工业互联网的发展之路。建立数字化工厂包括建立工厂三维模型和数据管理两个方面，其中建立工厂三维模型就是将实体工厂由线下搬到线上，数据管理就是在建立的工厂三维模型上绑定工厂的生产数据，实现对工厂的线上管理。
对于企业而言，部署建立线上数字化工厂的需求主要有几点：
一是快速部署；二是尽量还原线下工厂，提高用户体验感受；三是成本低廉。工厂三维场景还原需要依据企业的设备、流水线进行三维模型的建立，由于每家工厂都不一样，且工厂布局复杂，所以每个工厂建模都属于定制化，很难同时满足企业三个需求。专利号为CN112669454A，专利名称为一种用于数字工厂的三维场景构建方法、系统、装置和存储介质的中国发明专利，公开了通过预先建立模型库，然后利用模型调取模型库内的模型，可以避免人工进行三维单体建模过程，可以有效提高工厂建工效率。但是作为工业互联网平台搭建方而言，该方案将大大增大平台方的工作量和开发成本，因为平台需要先搭建一个含有各类设备模型的模型库，且模型库需要专人不断维护和更新，且受限于模型库内的模型量，将大大降低平台搭建的通用性。
因此本领域技术人员致力于开发一种既能满足客户需求，又能降低开发成本，且通用性较强的工厂三维模型搭建方法及工厂可视化监控的方法。
发明内容
本发明提供的一种工厂三维模型搭建方法，主要解决的技术问题是：现有的工厂建模方案通用性较差，无法广泛推广使用，需要根据客户需求进行定制，开发成本高。
为解决上述技术问题，本发明提供一种工厂三维模型搭建方法，包括：
获取待搭建工厂的平面布局图；
识别确定所述平面布局图中的目标构件，所述目标构件包括生产装备；
对各所述目标构件按照其图形外轮廓进行勾线形成闭合样条线；
以所述闭合样条线作为X轴Z轴平面，设置Y轴高度，生成立体对象模型；并对各立体对象模型写入属性信息；
导出为FBX格式文件，导入到Unity得到所述待搭建工厂的三维模型。
可选的，所述目标构件还包括生产附属设施。
可选的，所述生产附属设施包括墙体和过道。
可选的，所述生产装备为生产设备。
可选的，所述获取待搭建工厂的平面布局图包括：
获取所述待搭建工厂的CAD布局图，通过AutoCAD导出为PDF格式文件；
利用Adobe Illustrator打开所述PDF格式文件,导出为JPG图片格式文件，作为所述待搭建工厂的平面布局图。
可选的，所述对各立体对象模型写入属性信息包括：
对每个所述立体对象模型赋予唯一ID编码，每个ID编码进行属性信息关联，属性信息包括对象名称、型号、状态。
可选的，还包括：在所述立体对象模型存在N种状态时，对该立体对象模型建立N种不同颜色的玻璃材质，每一种颜色的玻璃材质对应一种状态；所述N种状态包括正常状态、故障状态和停用状态。
可选的，所述对该立体对象模型建立N种不同颜色的玻璃材质，每一种颜色的玻璃材质对应一种状态包括：
所述立体对象模型为正常状态，对应玻璃材质颜色设置为绿色；
所述立体对象模型为故障状态，对应玻璃材质颜色设置为红色；
所述立体对象模型为停用状态，对应玻璃材质颜色设置为黄色。
可选的，所述对各所述目标构件按照其图形外轮廓进行勾线包括：
针对图形外轮廓相邻两顶点之间的连线与平面直角坐标系成非平行或非90度关系，则将该连线作为直角三角形的斜边，通过该直角三角形的另外两直角边连接所述相邻两顶点，且所述直角三角形位于所述目标构件图形外轮廓之外；
针对图形外轮廓为曲线的情况，通过平行/垂直于所述平面直角坐标系的、且与该外轮廓曲线相切的线条进行勾线；
使得最终形成的闭合样条线为规则的直角多边形。
可选的，所述方法还包括：在生成立体对象模型后，将该立体对象模型存储到模型库中。
本发明的有益效果是：
根据本发明提供的一种工厂三维模型搭建方法，通过获取待搭建工厂的平面布局图；识别确定平面布局图中的目标构件，对各目标构件按照其图形外轮廓进行勾线形成闭合样条线；以闭合样条线作为X轴Z轴平面，设置Y轴高度，生成立体对象模型；并对各立体对象模型写入属性信息；导出为FBX格式文件，导入到Unity得到待搭建工厂的三维模型；本方案可广泛应用于工业互联网各个工厂，对企业规模、产品领域无任何限制，通用性高，可广泛推广使用；对待搭建工厂而言，只需要提供工厂的一份CAD平面布局图即可实现工厂三维模型的快速搭建，无需平台搭建方提供更多的配合，降低了其工作量，可以实现企业线上工厂的快速部署，提高企业的使用体验；且不会影响待搭建工厂的正常生产运营；针对平台搭建服务方，可直接线上完成三维模型搭建过程，无需出差到工厂现场，极大降低了服务成本，满足了企业即要求快速部署；同时，本方案所建立工厂三维模型，示意目标构件实际图形为基础，通过对其外轮廓进行勾线，以及挤压变形得到立体三维模型，使得搭建的立体三维模型与工厂目标构件图形更加贴合，可以高度还原工厂布局，进而可提升用户使用体验。
附图说明
图1为本发明实施例一的工厂三维模型搭建方法流程示意图；
图2为本发明实施例一的针对设备外轮廓线为斜线的勾线示意图；
图3为本发明实施例一的针对设备外轮廓线为曲线的勾线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
为了解决当前工厂建模方案通用性较差，无法广泛推广使用，需要根据客户需求进行定制，开发成本高、模型构建效果与实际布局位置、图形等相差大等问题，本实施例提供一种工厂三维模型搭建方法，无需搭建模型库，也不需要对模型库进行更新和维护，只需要客户提供一份工厂的平面布局图即可实现快速三维模型搭建，通常只需要一天即可完成，并可线上搭建处理，无需派专人到客户工厂现场进行拜访，以及工厂信息测量等，降低了客户与服务商之间的沟通成本，也避免在三维模型搭建过程中需要客户投入较大的配合工作，严重增加了客户工作量，影响客户正常生产运营等问题；平台搭建服务商，直接线上完成建模过程，待模型搭建完成后，直接发送给客户使用即可，高效，快捷，成本低廉，高还原度，因此可广泛推广使用。
请参见图1，主要包括如下步骤：
S101、获取待搭建工厂的平面布局图；
获取待搭建工厂的CAD布局图，通过AutoCAD导出为PDF格式文件；利用AdobeIllustrator打开PDF格式文件，导出为JPG图片格式文件，作为待搭建工厂的平面布局图。打开Cinema4D，载入JPG平面布局图，按F2切换至顶视图，按shift+V，选中“背景”菜单，透明度调至92％，提升观看效果。
S102、识别确定平面布局图中的目标构件，目标构件包括如下对象：设备、墙体及过道；
为便于对各目标构件进行外轮廓勾线，显示调整为线条模式。
S103、对各目标构件按照其图形外轮廓进行勾线形成闭合样条线；
打开“启用捕捉-顶点捕捉”功能，用样条画笔工具，沿着图纸中的设备外轮廓、墙体、工厂过道勾线，最后形成闭合的样条线。
针对图形外轮廓相邻两顶点之间的连线与平面直角坐标系成非平行或非90度关系，则将该连线作为直角三角形的斜边，通过该直角三角形的另外两直角边连接该相邻两顶点，且直角三角形位于该目标构件图形外轮廓之外；请参见如图2所示的设备外轮廓线。
针对图形外轮廓为曲线的情况，通过平行/垂直于平面直角坐标系的、且与该外轮廓曲线相切的线条进行勾线；请参见如图3所示的设备外轮廓线。从而使得最终形成的闭合样条线为规则的直角多边形。这样，可以降低三维模型的复杂度，且不影响直观观看效果。
S104、以闭合样条线作为X轴Z轴平面，设置Y轴高度，生成立体对象模型；
Cinema4D中按F1切换至透视图，选中画好的闭合样条线，按住Alt键点击挤压按钮，Y轴设置需要挤压的高度，X轴、Z轴高度为0，此时便挤压形成一个立体的三维模型，建出来的模型具有外观辨识高、建模速度快的特点；同理，把其它设备、墙体、过道全部挤压成模型。
为了便于对设备、墙体以及过道三种类型的构件予以视觉区分显示，可新建三种不同透明度的玻璃材质球，透明度高的赋予给过道，透明度居中的赋予给墙体，透度明低的赋予给设备。
S105、对各立体对象模型写入属性信息；
对每个立体对象模型赋予唯一ID编码，每个ID编码进行属性信息关联，属性信息包括对象名称、型号、状态。其中，设备模型按S-0001、S-0002、S-000N规则(N是变量)进行编号，命好名称放入模型库。在未来的项目中，需要用到类似的设备可以直接拖过来使用，提高建模效率。工厂设备的硬件数据可通过管理后台上传excel存入数据库，以进行关联。
为了使得三维建模效果与工厂实际布局更加贴合，更好的还原工厂实际布局场景，本实施例中，针对各生产设备的立体对象模型，将其设置为玻璃材质，而将墙体和过道的立体对象模型设置为漫反射材质，以凸显生产设备与其他构件在显示效果上的区别；墙体通常为砖混水泥，过道通常为树脂橡胶材质，因此将对应立体模型设置为漫反射材质，更加符合实际视觉效果。
针对生产设备，通常具有多种不同的使用状态，为了直接实现设备状态的直观呈现，在立体对象模型存在N种状态时，对该立体对象模型建立N种不同颜色的玻璃材质，每一种颜色的玻璃材质唯一对应一种状态；其中N种状态包括正常状态、故障状态和停用状态。
例如，针对设备模型S-0001在日常生产过程中存在正常、故障和停机三种状态，则可对其建立红色玻璃材质、绿色玻璃材质、黄色玻璃材质三种材质；当设备为故障状态，调用红色玻璃材质；设备为停机状态，调用黄色玻璃材质；设备为正常状态，调用绿色玻璃材质；把这些信息存储于数据库，为后续模型使用过程调用做准备。若只有一种颜色的玻璃材质，当设备状态改变时，无法对应通过颜色显示进行区分，不便于企业管理者直观、方便掌握当前工厂设备生产情况。当设备出现故障状态，设备模型变红色，提示管理者关注；当设备正常运行，设备模型显示为绿色；当设备待机，设备显示为黄色；点击工厂中的设备，通ID号在数据库进行比对，找到该ID绑定的设备数据、生产数据，把信息以弹层的形式呈现出来；再次点击设备，弹层消失，工厂恢复默认视角；设备模型通过ID号还可以绑定生产数据、质量数据，可达到全面监控设备的生命周期。管理人员通过图形界面看到红色设备模型，可点击查看设备信息，快速通知工人前往处理，当设备故障解决，重新变成绿色，正常运行工作；达到实时、快速掌握并处理工厂设备情况，保证生产安全稳步进行。
在设备提日常生产过程中所产生的生产数据也可以进行关联，包括但不限于启动时间、关闭时间、操作人、加工零件、当前零件加工数量、当前零件异常数量；以帮助进行数据统计分析以及设备维护。
S106、导出为FBX格式文件，导入到Unity得到待搭建工厂的三维模型。
本发明提供的工厂三维模型搭建方法，通过简化模型的搭建面，选取对象的一个面，描取该面的形状，依据该面形状抽象出一个立体形状，在尽可能满足工厂还原度的情况下，大大降低了设备建模的工作量；由于有一个面作为设备区别，可以实现设备的区别，不会特别影响用户的体验效果，提高了构建三维模型的效率，实现了快速搭建模型的效果，可以降低企业的部署时间和部署成本。此外利用不同材质搭配不同的颜色，在再结合工厂的生产数据，有助于企业更直观、快捷、方便地管理工厂数据(如当工厂设备在实际生产过程中出现异常时，本系统可以快速定位、解决异常设备，提高设备的生产效率)，该方法弥补了设备抽象简化后带来的用户管理直观体验感降低的缺陷，最终完全满足了用户直观的管理体验感、低成本、高效部署的要求；同时作为数字化工厂的平台搭建方而言，在不影响三维模型搭建通用性的情况下，即实现了平台方的快速部署、又降低了平台部署三维模型的成本，采用本方法搭建数字化工厂，不管对于平台构建方还是使用企业，都是双赢局面，值得大量推广和使用。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种工厂三维模型搭建方法，其特征在于，包括：
获取待搭建工厂的平面布局图；
识别确定所述平面布局图中的目标构件，所述目标构件包括生产装备；
对各所述目标构件按照其图形外轮廓进行勾线形成闭合样条线；
以所述闭合样条线作为X轴Z轴平面，设置Y轴高度，生成立体对象模型；并对各立体对象模型写入属性信息；
导出为FBX格式文件，导入到Unity得到所述待搭建工厂的三维模型。
2.如权利要求1所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述目标构件还包括生产附属设施。
3.如权利要求2所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述生产附属设施包括墙体和过道。
4.如权利要求1所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述生产装备为生产设备。
5.如权利要求1所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述获取待搭建工厂的平面布局图包括：
获取所述待搭建工厂的CAD布局图，通过AutoCAD导出为PDF格式文件；
利用Adobe Illustrator打开所述PDF格式文件，导出为JPG图片格式文件，作为所述待搭建工厂的平面布局图。
6.如权利要求1所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述对各立体对象模型写入属性信息包括：
对每个所述立体对象模型赋予唯一ID编码，每个ID编码进行属性信息关联，属性信息包括对象名称、型号、状态。
7.如权利要求6所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，还包括：在所述立体对象模型存在N种状态时，对该立体对象模型建立N种不同颜色的玻璃材质，每一种颜色的玻璃材质对应一种状态；所述N种状态包括正常状态、故障状态和停用状态。
8.如权利要求7所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述对该立体对象模型建立N种不同颜色的玻璃材质，每一种颜色的玻璃材质对应一种状态包括：
所述立体对象模型为正常状态，对应玻璃材质颜色设置为绿色；
所述立体对象模型为故障状态，对应玻璃材质颜色设置为红色；
所述立体对象模型为停用状态，对应玻璃材质颜色设置为黄色。
9.如权利要求1-8任一项所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述对各所述目标构件按照其图形外轮廓进行勾线包括：
针对图形外轮廓相邻两顶点之间的连线与平面直角坐标系成非平行或非90度关系，则将该连线作为直角三角形的斜边，通过该直角三角形的另外两直角边连接所述相邻两顶点，且所述直角三角形位于所述目标构件图形外轮廓之外；
针对图形外轮廓为曲线的情况，通过平行/垂直于所述平面直角坐标系的、且与该外轮廓曲线相切的线条进行勾线；
使得最终形成的闭合样条线为规则的直角多边形。
10.如权利要求1-8任一项所述的工厂三维模型搭建方法，其特征在于，所述方法还包括：在生成立体对象模型后，将该立体对象模型存储到模型库中。
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