CN116778079A - 一种三维可视化生产管理方法及系统 - Google Patents

一种三维可视化生产管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生产管理领域，公开了一种三维可视化生产管理方法及系统。该方法包括：获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理。本发明解决了现有技术中无法快速了解生产设备当前状态的问题。

Description

一种三维可视化生产管理方法及系统
技术领域
本发明涉及生产管理领域，尤其涉及一种三维可视化生产管理方法及系统。
背景技术
随着工业化进程的不断发展，生产设备变得越来越复杂，对生产设备的管理和维护工作带来了许多挑战。利用三维可视化技术进行生产设备管理是一个新的发展趋势。通过将生产设备的运行状态映射到一个三维模型上，可以直观地展示生产设备的运行状态，使管理者能够快速地了解生产设备的运行情况。
然而，由于生产设备的复杂性，以及不同生产设备之间的差异，在生产设备运行过程中，可能存在多种运行状态。如何快速了解生产设备当前状态，并预测生产设备达到预设运行状态的所需时间，是生产设备管理的一个重要问题。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中无法快速了解生产设备当前状态的问题。本发明第一方面提供了一种三维可视化生产管理方法，所述管理方法包括：
获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；
根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；
根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；
根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；
根据所述优化控制信号对当前三维模型进行渲染，以使三维模型的视觉效果达到预设渲染标准；
获取当前硬件性能，计算所述三维模型的视觉效果达到预设渲染标准所需要的渲染时间；
根据所述渲染时间，计算对所述三维模型得到预约渲染初始时间；
根据所述优化控制信号和预约渲染初始时间，对三维模型进行渲染，完成生产设备的动态三维可视化管理。
本发明第二方面提供了一种三维可视化生产管理装置，包括：
规则映射模块，用于获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；
时间计算模块，用于根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；
请求获取模块，用于根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；
信号输出模块，用于根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；
可视化模块，用于根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理。
本发明第三方面提供了一种电子生产设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述电子生产设备执行上述的如上所述的一种三维可视化生产管理方法。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的如上所述的一种三维可视化生产管理方法。
本发明的技术方案中，具有以下有益效果：
根据初始渲染表示和所需时间，计算出在这段时间内设备各部件的状态变化，进而生成动态状态渲染映射请求。这个请求告诉渲染系统如何改变三维模型的渲染属性，以便模型能够反映出设备状态的动态变化。这种方式的好处是，通过观察三维模型，直观地了解生产设备的运行状态，及时发现设备可能存在的问题，并能根据设备的实时状态调整生产计划，从而提高生产效率和设备的使用效率。
通过预先计算出三维模型的预约渲染初始时间，根据设备的当前运行状态和预期的运行状态，计算出在接下来的时间内设备状态的变化趋势，然后提前调整渲染策略，从而确保在有限的时间内能够完成渲染任务，达到预设的渲染标准。这种方法对于复杂的生产设备的实时监控和管理非常有用，能够有效地提高设备管理的效率和准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的三维可视化生产管理方法的第一种流程图。
具体实施方式
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或生产设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或生产设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1：
101、获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；
监控和收集生产设备各部件的运行状态数据：监控和收集生产设备各部件的运行状态数据，这可能包括设备的工作温度、运行速度、电流、电压和振动情况等。这些数据可以通过在设备上安装各种传感器(如温度传感器、速度传感器、电流传感器、电压传感器和振动传感器)来收集。这些传感器会将收集到的数据实时传输到一个中央处理系统。
例如，一个CNC机床可能会装有温度传感器(用于监测机床的工作温度、)速度传感器(用于监测切削速度)和振动传感器(用于监测机床的振动情况)。这些传感器会持续收集数据，并将数据实时传输到中央处理系统。
转换设备状态数据为三维模型的渲染表示：根据预先设定的运行状态渲染映射规则，将收集到的设备状态数据转换成三维模型的渲染表示。这可能需要用到一些数据处理和图形渲染的技术。
例如，当机床的工作温度正常时，其在三维模型中的颜色为绿色；当工作温度超过正常范围时，其颜色变为红色。类似地，当机床的振动情况正常时，其在三维模型中的形状保持不变；当振动超过正常范围时，其形状在三维模型中发生相应的变化。
整合所有初始渲染表示到一个总的渲染请求中：当所有的部件都生成了初始渲染表示后，将这些表示整合到一个总的渲染请求中。这个请求将包含生产设备所有部件的初始渲染表示，以及任何需要进行渲染的其他信息(如渲染的时间和地点)。
例如，如果生产设备包含10个部件，那么这个总的渲染请求将包含这10个部件的初始渲染表示。当这个请求被提交后，渲染系统将开始根据这些表示来创建或更新生产设备的三维模型。
102、根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；
获取生产设备的当前运行状态：在之前的步骤中，已经收集了设备各部件的工作状态数据，包括温度、速度、电流、电压和压力等。这些数据表现了设备的当前运行状态。
例如，一个CNC机床当前的运行状态可能是：工作温度35℃，切削速度2000rpm，电流5A，电压220V，压力50psi。
获取预设运行状态：预设运行状态通常是根据生产设备的设计参数和生产任务的要求设定的。例如，一个生产任务可能要求CNC机床在40℃的温度下，以3000rpm的切削速度进行工作。
计算设备达到预设运行状态的所需时间：根据设备的当前运行状态和预设运行状态，计算设备达到预设运行状态的所需时间。
例如，假设有一个简单的设备动态模型，该模型假设设备的温度和切削速度都是线性响应的。那么，如果设备当前的温度是35℃，预设的温度是40℃，设备的温度响应时间常数是0.5分钟，那么设备达到预设温度所需的时间大约是0.5*(40-35)＝2.5分钟。
103、根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；
解析设备各部件的初始渲染表示：这一步骤的目的是理解设备各部件的初始渲染表示。在此步骤中，需要将收集到的设备各部件的初始渲染表示数据解析为可以用于动态状态渲染的形式。
例如，从步骤一中获取到一个包含部件颜色、位置、形状等初始渲染数据的数据集，这些数据需要解析成可以在后续步骤中使用的格式。
根据设备达到预设运行状态所需的时间，确定各部件的动态状态变化：这一步骤的目的是根据设备各部件从当前状态到预设运行状态所需的时间，计算设备各部件的动态状态变化。
例如，如果知道一个部件的温度从当前状态到预设状态需要10分钟，那么可以计算出这个部件的温度每分钟需要变化多少。这个变化值就是这个部件的动态状态变化。
根据各部件的动态状态变化，生成动态状态渲染映射请求：这一步骤的目的是根据设备各部件的动态状态变化，生成动态状态渲染映射请求。动态状态渲染映射请求包含了设备各部件在给定时间内渲染属性的变化。
例如，如果知道一个部件的温度每分钟需要变化0.5℃，那么可以生成一个请求，这个请求描述了这个部件的颜色需要如何随着温度的变化而变化。
在所有部件的动态状态渲染映射请求都生成之后，就可以将这些请求整合到一个总的动态状态渲染映射请求中，这个请求可以用来渲染设备的动态三维模型。
104、根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；
加载生产设备的三维模型，创建相应的三维对象：首先，需要加载设备的三维模型到渲染引擎中。这可以通过读取3D文件(例如，.obj、.fbx或.stl文件)并将其导入到渲染引擎中来实现。加载后的模型在渲染引擎中会作为一系列的三维对象存在。
例如，如果设备是一个发动机，那么可能需要加载一个包含了发动机各部件(例如，气缸、曲轴、活塞等)的三维模型。
根据动态状态渲染映射请求，修改三维模型的渲染属性：这个步骤需要根据之前生成的动态状态渲染映射请求，修改三维模型的渲染属性。
例如，如果动态状态渲染映射请求表示发动机的某个部件需要在接下来的10分钟内从红色变为蓝色，那么需要修改这个部件的颜色属性，让它在渲染时能够逐渐从红色变为蓝色。
使用渲染引擎渲染三维模型，并获取渲染的视觉效果：在模型的渲染属性被修改后，就可以使用渲染引擎开始渲染这个三维模型。渲染完成后，获取到模型的视觉效果。
将渲染的视觉效果与预设的渲染标准进行比较：这个步骤需要将当前模型的视觉效果与预设的渲染标准进行比较。这个比较的结果将决定是否需要输出优化控制信号。
例如，预设渲染标准可能是模型的所有部件都需要被清晰地展示出来。如果发现渲染后的模型中有部分部件因为渲染效果较差而不能清晰地展示出来，那么就需要输出优化控制信号。
如果当前的视觉效果低于预设的渲染标准，那么输出一个优化控制信号：如果在比较后发现当前的视觉效果低于预设的渲染标准，那么就需要输出一个优化控制信号。这个信号将被用于后续的优化步骤，以改善模型的渲染效果。
例如，优化控制信号可能是一个包含了需要优化的部件列表和优化方式的数据包。这个数据包将被用于后续的优化步骤，以改善模型的渲染效果。
105、根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理。
根据所述优化控制信号对当前三维模型进行渲染，以使三维模型的视觉效果达到预设渲染标准：首先，根据前面生成的优化控制信号，对三维模型进行优化渲染。比如，优化控制信号可能要求对一部分模型进行更高精度的渲染，或者改变某些部件的颜色、纹理等渲染属性，以满足预设的渲染标准。
获取当前硬件性能，计算所述三维模型的视觉效果达到预设渲染标准所需要的渲染时间：这一步需要首先获取当前系统的硬件性能，包括CPU的性能、GPU的性能以及内存的大小等。然后，根据这些硬件性能以及渲染的复杂度，计算出完成渲染所需要的时间。
在当前硬件性能下，达到预设渲染标准所需的时间。详细步骤如下：
获取硬件的各项硬件性能指标：首先，需要收集和监控硬件的性能指标。这些指标可能包括CPU的使用率、GPU的使用率、内存的使用情况、磁盘IO速度等。依据所述的硬件性能指标，以及预设的渲染标准，确定渲染速率曲线：根据收集到的硬件性能指标和预设的渲染标准，可以确定一个渲染速率曲线。这个曲线表达了硬件性能和渲染质量之间的关系。例如，如果知道GPU的使用率越高，渲染速度就越快，那么渲染速率曲线可能是一个向上的曲线。根据确定的渲染速率曲线，计算三维模型达到预设渲染标准所需的时间：在确定了渲染速率曲线后，可以利用这个曲线来计算出达到预设渲染标准所需的时间。例如，如果知道在当前的GPU使用率下，渲染速度是每秒10帧，那么如果需要渲染1000帧的三维模型，就需要大约100秒的时间。
根据所述渲染时间，计算对所述三维模型得到预约渲染初始时间：在得到了完成渲染所需的时间后，计算出开始渲染的时间，也就是预约渲染的初始时间。这样可以确保有足够的时间完成渲染，并且可以在需要的时候展示出来。
根据所述优化控制信号和预约渲染初始时间，对三维模型进行渲染，完成生产设备的动态三维可视化管理：最后，在预约的渲染初始时间，开始根据优化控制信号对三维模型进行渲染。在渲染完成后，就可以实现生产设备的动态三维可视化管理了。
本发明还提供一种三维可视化生产管理系统，包括：
规则映射模块，用于获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；
时间计算模块，用于根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；
请求获取模块，用于根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；
信号输出模块，用于根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；
可视化模块，用于根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行一种三维可视化生产管理方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统或装置、单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机生产设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络生产设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述管理方法包括：
获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；
根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；
根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；
根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；
根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理。
2.根据权利要求1所述一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示，包括：
监控和收集生产设备各部件的运行状态数据，所述数据包括生产设备的工作温度、运行速度、电流、电压、振动情况；
根据运行状态渲染映射规则，将收集到的生产设备状态数据转换成三维模型的渲染表示；
在所有的部件都生成了初始渲染表示后，将所有初始渲染表示整合到一个总的渲染请求中。
3.根据权利要求1所述一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间，包括：
获取生产设备的当前运行状态，包括生产设备各部件的工作状态，所述工作状态包括温度、速度、电流、电压、压力；
获取预设运行状态；
根据生产设备的当前运行状态、预设运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间。
4.根据权利要求1所述一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求，包括：
解析生产设备各部件的初始渲染表示；
根据生产设备达到预设运行状态所需的时间，确定各部件的动态状态变化；
根据各部件的动态状态变化，生成动态状态渲染映射请求，所述动态状态渲染映射请求包括生产设备各部件在给定时间内渲染属性的变化。
5.根据权利要求1所述一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号，包括：
加载生产设备的三维模型，在渲染引擎中创建相应的三维对象；
根据动态状态渲染映射请求，修改三维模型的渲染属性
使用渲染引擎渲染三维模型，并获取渲染的视觉效果。
将渲染的视觉效果与预设的渲染标准进行比较。
如果当前的视觉效果低于预设的渲染标准，那么输出一个优化控制信号。
6.根据权利要求1所述一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理，包括：
根据所述优化控制信号对当前三维模型进行渲染，以使三维模型的视觉效果达到预设渲染标准；
获取当前硬件性能，计算所述三维模型的视觉效果达到预设渲染标准所需要的渲染时间；
根据所述渲染时间，计算对所述三维模型得到预约渲染初始时间；
根据所述优化控制信号和预约渲染初始时间，对三维模型进行渲染，完成生产设备的动态三维可视化管理。
7.根据权利要求6所述一种三维可视化生产管理方法，其特征在于，所述获取当前硬件性能，计算所述三维模型的视觉效果达到预设渲染标准所需要的渲染时间，包括：
获取硬件的各项硬件性能指标，所述硬件性能指标包括CPU使用率、GPU使用率、内存使用情况、磁盘IO速度；
依据所述的硬件性能指标，以及预设的渲染标准，确定渲染速率曲线。所述渲染速率曲线表达硬件性能和渲染质量之间关系；
根据确定的渲染速率曲线，计算三维模型达到预设渲染标准所需的时间。
8.一种三维可视化生产管理系统，其特征在于，包括：
规则映射模块，用于获取所述生产设备的当前运行状态，根据预先设定的运行状态渲染映射规则，确定在当前环境因素下生产设备部件对应的初始渲染表示；
时间计算模块，用于根据所述生产设备的当前运行状态，计算生产设备达到预设运行状态的所需时间；
请求获取模块，用于根据所述初始渲染表示以及所需时间，得到对应生产设备部件的动态状态渲染映射请求；
信号输出模块，用于根据生产设备中所有部件的动态状态渲染映射请求，获取生产设备的三维模型视觉效果，并在当前视觉效果低于预设渲染标准时输出优化控制信号；
可视化模块，用于根据所述优化控制信号，完成生产设备的动态三维可视化管理。
9.一种电子生产设备，所述电子生产设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述电子生产设备执行如权利要求1-7中任一项所述的一种三维可视化生产管理方法的各个步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，其特征在于，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述一种三维可视化生产管理方法的各个步骤。
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