CN115220391A - 工业数字孪生三维可视化系统、方法及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业数字孪生三维可视化系统、方法及介质，包括：对象三维模型建立模块：以三维模型方式展现生产及运营场景，对场景进行不同视角的在线渲染，以三维动画实时模拟对象运动过程以及对象位置移动轨迹；数据展示和交互模块：对三维模型进行不同维度的筛选，对三维场景模拟和数据交互进行可视化展现。本发明使用三维模型模拟现实场景，可以完整呈现工业生产及运营场景下的实时情况，比传统图形化展示更加直观，可对对象模型进行不同角度的展示、放大缩小、查看内部结构等操作，全方位无死角查看对象及现场情况。

Description

工业数字孪生三维可视化系统、方法及介质

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体地，涉及一种工业数字孪生三维可视化系统、方法及介质。

背景技术

目前，现有专利保护的方案中只提出了数字孪生概念，将数据标注在图形上。然而在实际的业务场景中，数据即时性与准确性要求较高，对复杂的对象并不能提供直观的展示。所以要求我们基于三维建模，扩展更多符合业务场景的三维可视化平台，以协助更高效的管控需求。

专利文献CN209086741U(申请号：CN201821873036.0)公开了一种应用于工业生产的数字孪生系统，基于工业化的智能生产系统而设置，包括依次连接的现场控制设备、物联网装置、数字孪生设备，且数字孪生设备的控制信号输出端通过控制总线连接现场控制设备，形成闭环。。该专利以数字孪生的方式进行数据展现，只能将数据标注在图形上，未涉及对象三维建模，动画模拟等功能。

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工业数字孪生三维可视化系统、方法及介质。

根据本发明提供的工业数字孪生三维可视化系统，包括：

对象三维模型建立模块：以三维模型方式展现生产及运营场景，对场景进行不同视角的在线渲染，以三维动画实时模拟对象运动过程以及对象位置移动轨迹；

数据展示和交互模块：对三维模型进行不同维度的筛选，对三维场景模拟和数据交互进行可视化展现。

优选的，运用Blender三维建模技术，按照实际对象进行三维建模，对模型进行不同视角的展现及交互。

优选的，运用Three.js前端框架，根据不同数据要求筛选对象三维模型，并进行数据可视化展现。

优选的，通过三维实时渲染引擎与PLC采集数据集成，实现作业现场与中控大屏双向同步联动。

优选的，运用web图形库与Blender三维建模技术，对三维模型进行实时渲染，以适配多种终端设备。

优选的，结合PLC实时数据，采用基于位置服务，以动画的形式实时模拟对象自身运动过程以及在场景中位置的变化，与现实场景保持一致，以实现数字孪生。

优选的，所述数据展示和交互模块包括：通过图表组件，展示对象的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据和点检数据的信息，并进行包括增删改查的交互操作。

根据本发明提供的工业数字孪生三维可视化方法，包括：

对象三维模型建立步骤：以三维模型方式展现生产及运营场景，对场景进行不同视角的在线渲染，以三维动画实时模拟对象运动过程以及对象位置移动轨迹；

数据展示和交互步骤：对三维模型进行不同维度的筛选，对三维场景模拟和数据交互进行可视化展现。

优选的，运用Blender三维建模技术，按照实际对象进行三维建模，对模型进行不同视角的展现及交互；

运用Three.js前端框架，根据不同数据要求筛选对象三维模型，并进行数据可视化展现；

通过三维实时渲染引擎与PLC采集数据集成，实现作业现场与中控大屏双向同步联动；

运用web图形库与Blender三维建模技术，对三维模型进行实时渲染，以适配多种终端设备；

结合PLC实时数据，采用基于位置服务，以动画的形式实时模拟对象自身运动过程以及在场景中位置的变化，与现实场景保持一致，以实现数字孪生；

所述数据展示和交互模块包括：通过图表组件，展示对象的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据和点检数据的信息，并进行包括增删改查的交互操作。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明使用三维模型模拟现实场景，可以完整呈现工业生产及运营场景下的实时情况，比传统图形化展示更加直观，可对对象模型进行不同角度的展示、放大缩小、查看内部结构等操作，全方位无死角查看对象及现场情况；

(2)本发明根据不同维度的筛选条件，对对象模型进行显示或隐藏，更加清晰地呈现对象的位置、状态等信息，点击模型可查看该模型的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据、点检数据等信息，以及进行增删改查等交互操作，提供更直观、更全面的交互体验；

(3)本发明结合硬件设备，根据对象实时数据的变动，以动画的形式实时模拟对象本身运动的过程和在场景中位置的变动，与现实场景保持一致，方便监控对象运动轨迹和进行调度操作，并提供在线实时监控画面，便于查看场景真实画面。

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为本发明系统结构示意图；

图2为工业数字孪生三维可视化截图；

图3为不同角度的可视化展示图；

图4为三维场景放大的可视化展示图；

图5为根据对象的不同维度筛选的可视化展示图；

图6为数据展示和交互操作图。

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。

实施例1：

如图1，本发明提供了一种工业数字孪生三维可视化平台，包括以下两部分：对象三维模型建立模块、数据展示和交互模块。

所述对象三维模型建立模块包括：模块M1：运用blender三维建模技术，按照实际对象进行三维建模，可对模型进行不同视角的展现及各种交互等操作；模块M2：运用threeJS前端框架，根据不同数据要求筛选对象模型，并进行数据可视化展现；模块M3：通过三维实时渲染引擎与PLC采集数据集成，现实作业现场与中控大屏双向同步联动；模块M4：运用webgl技术与blender三维模型集成，形成轻量化的三维实时渲染解决方案，适配多种终端设备；模块M5：结合PLC实时数据，采用LBS服务，以动画的形式实时模拟对象自身运动过程以及在场景中位置的变化，与现实场景保持一致，以实现数字孪生。

所述数据展示和交互模块包括：运用丰富的图表组件，展示对象的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据、点检数据等信息，并进行增删改查等交互操作。

根据本发明提供的工业数字孪生三维可视化方法，包括：对象三维模型建立步骤：以三维模型方式展现生产及运营场景，对场景进行不同视角的在线渲染，以三维动画实时模拟对象运动过程以及对象位置移动轨迹；数据展示和交互步骤：对三维模型进行不同维度的筛选，对三维场景模拟和数据交互进行可视化展现。所述数据展示和交互模块包括：通过图表组件，展示对象的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据和点检数据的信息，并进行包括增删改查的交互操作。运用Blender三维建模技术，按照实际对象进行三维建模，对模型进行不同视角的展现及交互；运用Three.js前端框架，根据不同数据要求筛选对象三维模型，并进行数据可视化展现；通过三维实时渲染引擎与PLC采集数据集成，实现作业现场与中控大屏双向同步联动；运用web图形库与Blender三维建模技术，对三维模型进行实时渲染，以适配多种终端设备；结合PLC实时数据，采用基于位置服务，以动画的形式实时模拟对象自身运动过程以及在场景中位置的变化，与现实场景保持一致，以实现数字孪生；

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

实施例2：

实施例2是实施例1的优选例。

请参阅图2-图6，根据本发明提供的工业数字孪生三维可视化平台，包括：

1、主场景展示模块

主场景：由码头、集装箱、桥吊、船舶、集卡五部分组成。

全过程：当船舶靠岸时，由桥吊将集装箱从船上放置到相应的贝位上，然后集卡把集装箱拉走。桥吊、船舶、集卡都是为了运输集装箱。船舶靠岸的时间和位置、集卡停放的位置和运输的箱子都会实时展现。

集装箱：分为蓝色-粉状原料、绿色-块状原料、红色-球状原料、棕色-综合原料、咖啡色-问号箱、白色-坏箱六种类型。每个集装箱上都有相应的箱号，且集装箱显示的位置和箱号都与码头实时情况一样。

2、桥吊模块

桥吊信息报告：分为桥吊靠泊基准贝位、状态报告、故障报告和桥吊跨车道堆厂作业开关四个模块。

桥吊靠泊基准贝位：可以对桥吊靠泊基准贝位表进行编辑、新增、删除、确认、刷新等操作。

状态报告：选择桥吊当前工作状态，点击确认按钮，即可设置其状态。

故障报告：桥吊发生故障后，设置故障处理状态。

桥吊跨车道堆厂作业开关：开启或关闭作业开关。

3、集装箱模块

集装箱详情：显示该集装箱的箱号、箱型、空重、好坏、状态、层数、贝位号。

用户单击集装箱时，会弹出“集装箱信息更改”窗口。

集装箱信息更改：分为更改集箱号、坏箱报告、更改集箱内原料、更改空重类型四个模块，可以对其进行相应的操作。

4、信息展示模块

重复箱：用户点击下拉列表，对基地和码头进行选择，显示相应的堆场重复箱表。查看表中信息，在输入框中输入修改后箱号，点击修改按钮，可对箱号进行修改。

饱和度：分为警戒余量和码头集装箱饱和度维护两个画面；警戒余量窗口显示码头当前饱和度状态，码头集装箱饱和度维护窗口显示作用重空范围、作用箱型选择、作业箱型名称、饱和箱量等信息。

返箱差额：显示返箱基地、箱型、日期、来港量、已返量、差额、总差额等信息。

船舶：分为船期表和船期履历两个画面；船期表窗口分为三部分(基地数据列表、基地集装箱数量、基地集装箱编号)，用户对基地进行选择后，三块区域的数据也会随之发生改变；在船期履历窗口，用户点击“到达基地”、“船号”下拉列表，选择想要查询的信息，点击查询按钮，可以查询到船期履历的相关信息。

泊位：分为泊位计划和泊位计划履历两个画面；在泊位计划窗口，选择基地和码头，显示不同作业方式表。用户点击表格右上角按钮，可以对表格数据进行操作。在泊位计划履历窗口，用户点击“出发基地”、“到达基地”、“船号”下拉列表，选择想要查询的信息，点击查询按钮，可以查询到泊位计划履历的相关信息。

桥吊：分为作业履历和桥吊安排两个画面；在作业履历窗口，选择想要查询的条件，点击查询按钮，即可查询到桥吊统计表和桥吊作业履历表中的相关信息。在桥吊安排窗口，用户进行条件筛选后，显示桥吊安排表中的相关信息。用户可以对表中数据进行清空、编辑、发布、刷新等操作。

集卡：与桥吊相似。

5、操作指令模块

紧急指令：用户可以对桥吊或集卡，进行同时发布指令和取消指令等操作。

中班作业计划：分为船期计划表、作业计划表和虎林基地中班作业计划三个模块。用户点击“作业计划表和虎林基地中班作业计划”中的开关按钮，会弹出提示窗口，点击确认按钮，即可改变码头状态。

配箱调整：用户可以点击基地下拉列表，对基地进行选择，会显示配箱建议表相关信息。点击图标按钮还可以对表中数据进行刷新、编辑、发布等操作。

添加集装箱：填写加入集箱表单，点击确认加入按钮，即可添加集装箱。

6、功能操作模块

搜索：单击搜索图标，选择场景(码头、履历)，输入集装箱箱号，点击搜索按钮，相应场景中只展示符合筛选条件的集装箱，对其它集装箱进行隐藏。

全局：单击全局图标，选择俯视图或自由视角进行切换。

层数：单击层数图标，选择场景(全部、码头、船舶、卡车)，选择层数(全部、一层、二层、三层)，相应场景中只展示符合筛选条件的集装箱，对其它集装箱进行隐藏。

桥吊：单击桥吊图标，选择桥吊(全部、桥吊1、桥吊2、桥吊3、桥吊4)，画面以动画的形式切换到对应桥吊的视角。

集装箱：单击集装箱图标，选择不同类型的集装箱(全部、水平线、兼容箱、综合箱、餐厨箱、问号箱)，场景中只展示符合筛选条件的集装箱，对其它集装箱进行隐藏。

空重箱：单击空重箱图标，选择不同类型的集装箱(全部、重箱、空箱)，场景中只展示符合筛选条件的集装箱，对其它集装箱进行隐藏。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

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 (10)

1.一种工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，包括：

对象三维模型建立模块：以三维模型方式展现生产及运营场景，对场景进行不同视角的在线渲染，以三维动画实时模拟对象运动过程以及对象位置移动轨迹；

数据展示和交互模块：对三维模型进行不同维度的筛选，对三维场景模拟和数据交互进行可视化展现。

2.根据权利要求1所述的工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，运用Blender三维建模技术，按照实际对象进行三维建模，对模型进行不同视角的展现及交互。

3.根据权利要求1所述的工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，运用Three.js前端框架，根据不同数据要求筛选对象三维模型，并进行数据可视化展现。

4.根据权利要求1所述的工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，通过三维实时渲染引擎与PLC采集数据集成，实现作业现场与中控大屏双向同步联动。

5.根据权利要求1所述的工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，运用web图形库与Blender三维建模技术，对三维模型进行实时渲染，以适配多种终端设备。

6.根据权利要求1所述的工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，结合PLC实时数据，采用基于位置服务，以动画的形式实时模拟对象自身运动过程以及在场景中位置的变化，与现实场景保持一致，以实现数字孪生。

7.根据权利要求1所述的工业数字孪生三维可视化系统，其特征在于，所述数据展示和交互模块包括：通过图表组件，展示对象的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据和点检数据的信息，并进行包括增删改查的交互操作。

8.一种工业数字孪生三维可视化方法，其特征在于，包括：

对象三维模型建立步骤：以三维模型方式展现生产及运营场景，对场景进行不同视角的在线渲染，以三维动画实时模拟对象运动过程以及对象位置移动轨迹；

数据展示和交互步骤：对三维模型进行不同维度的筛选，对三维场景模拟和数据交互进行可视化展现。

9.根据权利要求8所述的工业数字孪生三维可视化方法，其特征在于，运用Blender三维建模技术，按照实际对象进行三维建模，对模型进行不同视角的展现及交互；

运用Three.js前端框架，根据不同数据要求筛选对象三维模型，并进行数据可视化展现；

通过三维实时渲染引擎与PLC采集数据集成，实现作业现场与中控大屏双向同步联动；

运用web图形库与Blender三维建模技术，对三维模型进行实时渲染，以适配多种终端设备；

结合PLC实时数据，采用基于位置服务，以动画的形式实时模拟对象自身运动过程以及在场景中位置的变化，与现实场景保持一致，以实现数字孪生；

所述数据展示和交互模块包括：通过图表组件，展示对象的实时数据和运营数据，包括对象状态、故障报警、生产数据和点检数据的信息，并进行包括增删改查的交互操作。

10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8至9中任一项所述的方法的步骤。

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