CN114925121A - 一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统 - Google Patents

一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统，包括展示层和数据层，数据层包括智能车间管理系统和数据采集系统，数据层将生产任务执行情况和生产数据传输到展示层中；展示层包括数字化工业设计部分、工厂数据浏览部分、分析及优化部分，数字化工业设计部分包括工厂布局、数字轻量化处理、模型关联管理、三维建模、场景渲染和仿真动作预设；工厂数据浏览部分包括可视化显示、漫游显示和移动终端显示；分析及优化部分包括对车间、产线、工位订单计划、车间质量信息、工位产能。数据层采集车间内信息，展示层将采集的各种信息进行处理，经过数字化工业设计后形成三维模型，通过工厂数据浏览部分提供查看，实现立体化、可视化的监控管理。

Description

一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统
技术领域
本发明涉及总装车间监控系统领域，尤其涉及一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统。
背景技术
随着航空航天、船舶、电子装备等大型产品向着智能化、集成化、轻量化、精密化的方向发展，产品系统越来越庞大、结构越来越复杂，导致产品零部件繁多，装配要求较高，协调过程繁琐，且一般为单件小批生产方式。大型产品的总装逐步演变为一个复杂、庞大的系统工程，具有装配周期长、涉及专业领域多、装配数据复杂、返工返修多等特点。因此，对大型产品装配过程进行实时监控与分析，进而对其过程进行有效管理与控制，具有十分重大的意义。
计算机与数字化技术的发展极大地丰富了装配过程的监控手段。经过调研发现，现有的研究成果与方法虽然可以在一定程度上实现装配过程的管控，但其系统的真实度与透明度不足，不能很好地将装配过程中的大量数据与生产系统模型融合。现有车间管控系统依然无法脱离监控界面的符号化、管理的平面网格化，管理者无法自如查看总装车间的每一处细节，无法满足大型产品总装过程中的监控要求。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统。
本发明的具体内容如下：一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统，包括展示层和数据层，
数据层包括智能车间管理系统和数据采集系统，数据层将生产任务执行情况和生产数据传输到展示层中展示；
展示层包括数字化工业设计部分、工厂数据浏览部分、分析及优化部分，数字化工业设计部分包括工厂布局、数字轻量化处理、模型关联管理、三维建模、场景渲染和仿真动作预设；工厂数据浏览部分包括可视化显示、漫游显示和移动终端显示；分析及优化部分包括对车间、产线、工位订单计划、车间质量信息、工位产能的分析及优化。
进一步的，包括可视化数据模块、信息采集模块、数据融合处理模块、发布模块、模型处理模块和数据实时展示模块；
数据融合处理模块分别与可视化数据模块、信息采集模块和发布模块相连接，所述可视化数据模块构建车间三维可视化场景模型，信息采集模块采集车间内实时生产数据，数据融合处理模块将车间内的实时生产数据和三维可视化场景模型融合处理，发布模块构建与用户的三维可视化交互界面，展示车间内的实时三维动态，提供与生产现场动态三维模型相融合的分析图表；
模型处理模块包括轻量化三维建模技术、工厂布局、三维建模、仿真；采用基于GLTF的三维模型轻量化技术，构建厂房—资源—产品的车间模型，突破车间三维模型快速更换技术，实现车间三维模型的快速构建，直观还原车间三维空间中厂房、设备、产品等信息，使车间各业务单元可以开展基于三维空间协作；
数据实时展示模块包括关键装配过程实时展示技术和数据实时展示技术，关键装配过程实时展示技术通过与数据采集系统的集成，在线获取关键设备运行、工艺参数、质量等装配数据，模拟产品总装关键装配过程，实时展现当前装配进度，实现装配单元的生产实施映射；数据实时展示模块通过多系统抽取生产数据，基于三维对象动态图表，实时展示车间整体运行状态、产品台套研制进度、订单计划执行情况、订单齐套状态、产线运行情况信息。
进一步的，所述可视化数据模块包括数据转型子模块和Layout子模块，所述数据转型子模块提供对外三维模型数据接口，将三维模型简化为可使用状态，所述Layout子模块将数据转型子模块处理后的三维模型数据搭建为总装现场场景模型。
进一步的，所述可视化数据模块还包括场景编辑子模块，场景编辑子模块的输入端与Layout子模块的输出端相连，根据实际生产环境优化总装现场场景模型。
进一步的，所述可视化数据模块还包括渲染子模块，渲染子模块的输入端与场景编辑子模块的输出端相连，对车间场景进行渲染美化。
进一步的，所述信息采集模块包括数据接口和实时缓存数据库，数据接口提供与企业运营管理系统相连接的车间生产相关的数据接口，实时采集车间内的计划执行情况、质量控制情况、物料齐套情况、场地资源使用、资源使用状态、生产问题处理、环境信息和人员信息；实时缓存数据库存储采集来的数据，实现对现场生产数据进行实时读写。
进一步的，所述模型处理模块包括轻量化三维建模技术、工厂布局、三维建模、仿真，
应用基于GLTF的三维模型轻量化技术，构建厂房-资源-产品的车间模型；突破车间三维模型快速更换技术，实现车间三维模型的快速构建，直观还原车间三维空间中厂房、设备、产品的信息，使车间各业务单元可以开展基于三维空间的协作。
进一步的，数据实时展示模块包括关键装配过程实时展示技术、数据实时展示技术，通过与数据采集系统的集成，在线获取关键设备运行、工艺参数、质量等装配数据，模拟产品总装关键装配过程，实时展示当前装配进度，实现装配单元的生产实时映射；多系统抽取生产数据，基于三维对象动态图表，实时展示车间整体运行状态、产品台套研制进度、订单计划执行情况、订单齐套状态、产线运行情况等信息。
本发明的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，通过数据层采集车间内的各种信息，通过展示层将采集的各种信息进行处理，经过数字化工业设计后形成三维模型，通过工厂数据浏览部分提供给管理者查看，通过分析及优化部分对生产计划、生产过程执行、设备运行状态进行分析和优化，从而实现立体化、可视化的监控管理。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为三维可视化监控系统示意图；
图2为本发明的系统原理框图；
图3为本发明的可视化数据模块示意图；
图4为本发明的信息采集模块示意图；
图5为本发明的发布模块示意图。
具体实施方式
结合图1-图5，本实施例公开了一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统，包括展示层和数据层，
数据层包括智能车间管理系统和数据采集系统，数据层将生产任务执行情况和生产数据传输到展示层中展示；
展示层包括数字化工业设计部分、工厂数据浏览部分、分析及优化部分，数字化工业设计部分包括工厂布局、数字轻量化处理、模型关联管理、三维建模、场景渲染和仿真动作预设；工厂数据浏览部分包括可视化显示、漫游显示和移动终端显示；分析及优化部分包括对车间、产线、工位订单计划、车间质量信息、工位产能的分析及优化。
该系统的实现基于可视化数据模块、信息采集模块、数据融合处理模块、发布模块、模型处理模块和数据实时展示模块。
其中，可视化数据模块的输出端与数据融合处理模块的输入端相连，信息采集模块的输出端与数据处理模块的输入端相连，数据融合处理模块的输出端与发布模块的输入端相连。
可视化数据模块，构建车间三维可视化场景；
信息采集模块，实现实时生产数据的采集；
数据融合处理模块，与可视化数据模块、信息采集模块、发布模块相连，将可视化数据模块中的三维数据与信息采集模块中的生产信息进行深度融合、处理；
发布模块与数据融合处理模块相连，构建与用户的三维可视化交互界面，展示车间内的实时三维动态，提供与生产现场动态三维模型相融合的分析图表。
本实施例优选的，可视化数据模块包括数据转型子模块、Layout子模块、场景编辑子模块、渲染子模块。数据转型子模块的输出端与Layout子模块的输入端相连，Layout子模块的输出端与场景编辑子模块的输入端相连，场景编辑子模块的输出端与渲染子模块的输入端相连。
数据转型子模块将提供对外三维模型数据接口，并将三维模型处理简化为可使用状态，将简化后的三维模型数据输入至Layout子模块。Layout子模块利用数据转型子模块处理后的三维数据搭建总装现场场景模型，还原生产布局。场景编辑子模块根据实际生产环境优化Layout子模块处理后的车间生产场景。渲染子模块对车间场景进行渲染美化。
本实施例优选的，信息采集模块包括数据接口和实时缓存数据库，数据接口的输出端与实时缓存数据库的输入端相连。数据接口提供与企业运营管理系统相连接的车间生产相关的数据接口，实时采集车间内的计划执行情况、质量控制情况、物料齐套情况、场地资源使用、资源使用状态、生产问题处理、环境信息、人员信息。实时缓存数据库存储采集来的数据，进而对现场生产数据进行实时读写。
发布模块通过车间级、产线级、单元级三大纬度对总装车间运营情况进行全方位展示，发布模块包括三维展示子模块、分析图表绘制子模块。三维展示子模块实时展示车间内实时生产场景，基于可视化数据模块中的三维场景，融合数据采集模块中的实时生产数据，获取生产现场动态三维模型。分析图表绘制子模块根据信息采集模块中获取的实时生产数据，绘制并渲染出与生产现场动态三维模型相融合的分析图表。
模型处理模块包括轻量化三维建模技术、工厂布局、三维建模、仿真等。采用基于GLTF的三维模型轻量化技术，构建厂房—资源—产品的车间模型，突破车间三维模型快速更换技术，实现车间三维模型的快速构建，直观还原车间三维空间中厂房、设备、产品等信息，使车间各业务单元可以开展基于三维空间协作。
数据实时展示模块包括关键装配过程实时展示技术和数据实时展示技术。
其中，关键装配过程实时展示技术通过与数据采集系统的集成，在线获取关键设备运行、工艺参数、质量等装配数据，模拟产品总装关键装配过程，实时展现当前装配进度，实现装配单元的生产实施映射。
数据实时展示技术通过多系统抽取生产数据，基于三维对象动态图表，实时展示车间整体运行状态、产品台套研制进度、订单计划执行情况、订单齐套状态、产线运行情况等信息，提升车间管理决策时效性，提高车间管控效率。
本实施例的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，基于可视化数据模块，创建总装现场三维场景模型，通过信息采集模块，采集车间内的实时生产数据。基于数据融合处理模块，将总装车间采集的现场实时生产数据与三维可视化模型进行深度融合、处理。通过发布模块，构建三维可视化交互界面，展示车间实时三维动态。基于实时采集的生产数据，提供与生产现场动态三维模型相融合的分析图表。实时展示当前装配进度，实现装配单元的生产实时映射。实现了智能车间内各种产品、资源等模型高压缩比的轻量化，为智能车间的构建提供模型基础。在线获取关键设备运行、工艺参数、质量等装配数据，模拟产品总装关键装配过程，实时展示当前装配进度，实现装配单元的生产实时映射。实现对车间运行状态的三维可视化监控，进而完成对车间运营过程的有效管理，全面提升车间的管控能力。
本发明设计了一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统，系统采用计算机技术、多媒体可视化技术、数字孪生技术。同时，融合总装车间三维模型，使监控系统实现实时化、影像化，监控管理走向立体化、可视化，使管理者能够自如查看总装车间的每一处细节，抽取相关信息，满足大型产品总装的监控、管理、决策等方面的需求。同时实时获取MOM系统、数据采集系统中的生产计划、生产过程执行、设备运行状态、关键工艺参数等信息，实现车间三维模型的快速构建，直观还原车间三维空间中厂房、设备、产品等信息。以车间生产物联网、数据采集系统、APS、MOM、WMS等为基础，构建基于虚实映射的车间三维可视化展示平台，具备三维动画、车间整体运行状态、产线级运行状态、单元级运行状态、场地管理、车间布局、AR/VR接入等功能，实现车间运营过程的有效管理，全面提升智能车间的管控能力。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：包括展示层和数据层，
数据层包括智能车间管理系统和数据采集系统，数据层将生产任务执行情况和生产数据传输到展示层中；
展示层包括数字化工业设计部分、工厂数据浏览部分、分析及优化部分，数字化工业设计部分包括工厂布局、数字轻量化处理、模型关联管理、三维建模、场景渲染和仿真动作预设；工厂数据浏览部分包括可视化显示、漫游显示和移动终端显示；分析及优化部分包括对车间、产线、工位订单计划、车间质量信息、工位产能的分析及优化。
2.根据权利要求1所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：
包括可视化数据模块、信息采集模块、数据融合处理模块、发布模块、模型处理模块和数据实时展示模块；
数据融合处理模块分别与可视化数据模块、信息采集模块和发布模块相连接，所述可视化数据模块构建车间三维可视化场景模型，信息采集模块采集车间内实时生产数据，数据融合处理模块将车间内的实时生产数据和三维可视化场景模型融合处理，发布模块构建与用户的三维可视化交互界面，展示车间内的实时三维动态，提供与生产现场动态三维模型相融合的分析图表；
模型处理模块包括轻量化三维建模技术、工厂布局、三维建模、仿真；采用基于GLTF的三维模型轻量化技术，构建厂房—资源—产品的车间模型，突破车间三维模型快速更换技术，实现车间三维模型的快速构建，直观还原车间三维空间中厂房、设备、产品等信息，使车间各业务单元可以开展基于三维空间协作；
数据实时展示模块包括关键装配过程实时展示技术和数据实时展示技术，关键装配过程实时展示技术通过与数据采集系统的集成，在线获取关键设备运行、工艺参数、质量等装配数据，模拟产品总装关键装配过程，实时展现当前装配进度，实现装配单元的生产实施映射；数据实时展示模块通过多系统抽取生产数据，基于三维对象动态图表，实时展示车间整体运行状态、产品台套研制进度、订单计划执行情况、订单齐套状态、产线运行情况信息。
3.根据权利要求1所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：所述可视化数据模块包括数据转型子模块和Layout子模块，所述数据转型子模块提供对外三维模型数据接口，将三维模型简化为可使用状态，所述Layout子模块将数据转型子模块处理后的三维模型数据搭建为总装现场场景模型。
4.根据权利要求3所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：所述可视化数据模块还包括场景编辑子模块，场景编辑子模块的输入端与Layout子模块的输出端相连，根据实际生产环境优化总装现场场景模型。
5.根据权利要求4所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：所述可视化数据模块还包括渲染子模块，渲染子模块的输入端与场景编辑子模块的输出端相连，对车间场景进行渲染美化。
6.根据权利要求1所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：所述信息采集模块包括数据接口和实时缓存数据库，数据接口提供与企业运营管理系统相连接的车间生产相关的数据接口，实时采集车间内的计划执行情况、质量控制情况、物料齐套情况、场地资源使用、资源使用状态、生产问题处理、环境信息和人员信息；实时缓存数据库存储采集来的数据，实现对现场生产数据进行实时读写。
7.根据权利要求1所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：所述模型处理模块包括轻量化三维建模技术、工厂布局、三维建模、仿真，
应用基于GLTF的三维模型轻量化技术，构建厂房-资源-产品的车间模型；突破车间三维模型快速更换技术，实现车间三维模型的快速构建，直观还原车间三维空间中厂房、设备、产品的信息，使车间各业务单元可以开展基于三维空间的协作。
8.根据权利要求1所述的基于三维可视化技术的总装车间监控系统，其特征在于：数据实时展示模块包括关键装配过程实时展示技术、数据实时展示技术，通过与数据采集系统的集成，在线获取关键设备运行、工艺参数、质量等装配数据，模拟产品总装关键装配过程，实时展示当前装配进度，实现装配单元的生产实时映射；多系统抽取生产数据，基于三维对象动态图表，实时展示车间整体运行状态、产品台套研制进度、订单计划执行情况、订单齐套状态、产线运行情况等信息。
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