CN117043825A - 一种实时控制的可视化孪生工厂系统 - Google Patents
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Abstract
一种实时控制的可视化孪生工厂系统，至少包括：二维模块（33），用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态；三维模块（31），用于以三维的方式显示被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，控制单元，用于将被控对象的属性信息发送至二维模块（33）和/或三维模块（31），以便响应于二维模块（33）和/或三维模块（31）的指令信息控制被控对象，被控对象的三维图形部件与被控对象的二维图形部件建立映射关联关系，使得操作方能够在三维视图中定位到二维图形部件，三维模块（31）按照在二维模块（33）中指定的景深范围请求数据，给出处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。能够基于指定的景深范围来使得操作人员有序查看设备运行情况。
Description
本发明涉及数字管理技术领域，尤其涉及一种实时控制的可视化孪生工厂系统。
中国电子信息产业发展研究院《数字孪生白皮书(2019年)》对数字孪生给出的定义是，实现物理空间在赛博空间交互映射的通用使能技术。综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。为支撑经济社会数字化转型的通用使能技术-数字孪生技术，从应用视角来看，主要应用在数字化工厂、车联网、智慧城市、智慧建筑、智慧医疗等应用场景。
中国专利CN111103860A公开了一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，系统包括，建模仿真模块、生产管理模块、数据采集模块、数据控制模块、精准服务模块，利用模拟车间与物理车间之间数据实时交互，不断的进行迭代优化，在保证生产过程不中断的情况下，进行产线升级，避免造成资源浪费。对内部大数据进行分析处理，可以进一步判断出生产线在进行成产过程中各个部件之间的磨损情况，维修人员可以根据数据分析出的磨损报告进行维修护理，减少设备生产线停止运行的状态。对生产过程进行模拟运行，可以运算出产线的最大负荷状态，测算出生产线最大的产能输出。但是，该专利的数据是模拟车间与物理车间之间的实时交互，不是二维监测系统与三维监测系统的实时交互，无法实现二维画面与三维画面之间的实时数据交互。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供一种实时控制的可视化孪生工厂系统，所述系统至少包括彼此建立通信连接的二维模块、三维模块和设备模块，所述设备模块至少包括被控对象和控制单元，所述二维模块：用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态；所述三维模块：用于以三维的方式显示所述被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，所述控制单元：用于将被控对象的属性信息发送至所述二维模块和/或三维模块，以便响应于所述二维模块和/或三维模块的指令信息控制所述被控对象，所述被控对象的三维图形部件与所述被控对象的二维图形部件建立映射关联关系，使得操作方能够在三维视图中定位到所述二维图形部件，其中，三维模块按照在二维模块中指定的景深范围请求数据，给出处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。本发明的时控制的可视化孪生工厂系统，通过二维模块与三维模块的交互式的景深范围内的设备的显示，使得操作人员能够快速确定需要重点查看的设备，避免了无目的的排查设备以找出报警原因的弊端。
优选地，响应于对所述被控对象的二维图形部件之点选，所述三维模块按照操作方对二维图形部件的预先设置来显示与所述被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。本发明的三维模块不需要对三维图形部件的三维模型进行在线轻量化处理，降低了服务器的工作负荷，三维图形部件的显示速度快。
优选地，所述被控对象的编码按照预定义的编码规则进行预先设置，所述二维模块基于所述被控对象的编码信息显示包含有所述被控对象属性的二维图形，所述三维模块基于所述被控对象的编码信息显示包含有所述被控对象属性的三维图形。本发明的被控对象的各个部件设置有单独的唯一的编码，从而二维服务器和三维服务器基于部件的编码来调用并显示被控对象的二维图形部件或三维图形部件，不需要对被控对象的各个数据进行关联计算和调取，调取的速度更快。
优选地，所述被控对象的属性数据能够响应于所述操作员站的操作指令以二维图形和三维视图的方式并行地显示。优选地，所述三维模块的三维显示是以画面频流的方式来自于图形服务器的，所述图形服务器用于将三维数据与所述被控对象的属性数据进行融合。本发明的图形服务器中的工程数据不仅包括传统的数字式工程数据，还包括图形式的工程数据、实时过程数据和实时人员定位数据，是一个真正的以工艺生产为基础的、实时性的、跨平台的系统。本发明通过图形服务器为三维服务器进行三维图形和属性数据的融合，使得三维服务器能够直接调取三维图形部件并进行简单的渲染显示，从而缩短了被控对象部件的调取时间。
优选地，所述三维模块通过由所述二维模块发送的基于交互形成的景深区域来选择需要高清晰展示的设备的三维图形。优选地，所述景深范围是指是指获取有限距离的视图时，可在显示器上构成清晰影像的显示范围；所述景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
本发明还提供一种工厂系统的孪生可视化装置，至少包括控制系统、服务器系统和至少一个操作员站，所述控制系统与所述服务器系统建立通信连接，所述服务器系统与至少一个所述操作员站建立通信连接，所述服务器系统至少包括二维服务器和三维服务器，所述被控对象的属性数据能够响应于所述操作员站的操作指令以二维图形和三维视图的方式并行地显示，当操作方查看指定景深区域内的三维图形及其属性时，画面是清晰的；当操作方查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作方查看内容超出景深区域，使得操作方能够重新规划查看的景深区域，避免无清晰目标的查看。
优选地，所述三维服务器按照在所述二维服务器中指定的景深范围请求数据，通过所述操作员站显示处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。
优选地，当操作方在操作员站的二维视图划定景深区域时，三维服务器按照指定的景深范围来显示被控对象的三维图形部件。
优选地，响应于对由报警信息记录形成的报警列表之点选，所述三维服务器能够根据所述操作员站对所述报警列表的预先设定来显示与所点选的报警信息相关联的所述被控对象的三维图形部件。
优选地，对于属性异常的设备，二维服务器以突出的颜色和/或标识显示发出报警信息的设备的二维图形，以及与该设备的异常问题关联的至少一个其他设备。
优选地，三维服务器以预设角度初步显示被控对象的三维图形；其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维服务器调节被控对象的显示角度至指定角度。
本发明还提供一种工厂系统的孪生可视化方法，所述方法至少包括：二维服务器基于控制系统发送的实时属性数据将被控对象以二维图形部件与属性数据结合的方式在所述操作员站显示，三维服务器以画面频流的方式将被控对象的三维图形部件在所述操作员站显示，其中，所述三维服务器按照在所述二维服务器中指定的景深范围请求数据，通过所述操作员站显示处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。
优选地，所述方法还包括：当操作方查看指定景深区域内的三维图形及其属性时，画面是清晰的；当操作方查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作方查看内容超出景深区域，使得操作方能够重新规划查看的景深区域，避免无清 晰目标的查看。
图1是本发明的实时控制的可视化孪生工厂系统的基本组成结构；
图2是本发明的网络结构示意图；
图3是本发明的其中一个三维系统展示画面的示意图；
图4是本发明的人员实时定位的三维系统展示画面的示意图；
图5是本发明的系统的整体结构示意图；
图6是本发明的二维显示的其中一种示意图；
图7是本发明的报警列表跳转至三维显示的其中一种示意图；
图8是本发明的同一部件的二维显示与三维显示的示意图。
附图标记列表
1：设备模块；F1：生产运行管理层；F2：数据服务层；F3：数据应用层；F4：操作监控层；F5：过程控制层；11：人员定位系统；12：数据库系统；13：高级应用终端；14：WEB客户端；21：调度站；22：生产分析客户端；23：WEB服务器；24：防护服务器；31：三维模块；32：图形服务器；33：二维模块；41：第一操作站；42：第二操作站；43：工程师站；44：历史记录站；45：时钟同步器；61：第一防火墙；62：第二防火墙；63：第三防火墙；10：被控对象；20：控制系统；30：二维服务器；32：图形服务器；50：三维服务器；60：操作员站单元；70：现场控制站；80：设备；90：人员定位装置。
下面结合附图进行详细说明。针对现有技术不足，本发明提供一种实时控制的可视化孪生工厂系统，还可以是一种数字工厂的实时控制及可视化系统，也可以是一种数字工厂的数字孪生可视化系统。本发明中的画面频流是指：能够形成画面的视频流。视频流是指视频数据的传输，例如，它能够被作为一个稳定的和连续的流通过网络处理。
实施例1
本实施例提供一种实时控制的可视化孪生工厂系统，如图1所示，至少包括设备模块1和服务器系统。服务器系统至少包括二维模块33和三维模块31。设备模块1分别与二维模块33和三维模块31以有线或者无线的方式进行数据传输。二维模块33和三维模块31之间以有线或者无线的方式进行数据传输。其中，服务器系统与至少一个操作员站建立数据连接，以便向服务器系统输入信息和展示信息。
设备模块1用于采集实体对象的运行数据并且控制被控对象的运行。被控对象为实体工厂的实体物件，至少包括工厂的建筑结构、工程设备、工艺系统、电气系统、仪控系统和通讯系统的结构化工程。设备模块1至少包括I/O(输入/输出)单元和控制单元。采集单元与控制单元以有线或者无线的方式建立数据传输关系。优选的，采集单元为I/O单元，I/O单元与现场设备连接，用于输入或输出设备的数据信息。控制单元通过数据总线与I/O单元传输数据。采集单元用于从真实现场的被控对象实时采集数据并传输给控制单元，还可用于将控制单元的输出指令实时传送给真实现场的被控对象。控制单元将数据同步传输至二维模块33和/或三维模块31。I/O单元可以是采集各种设备数据、设备状态以及环境数据的装置。例如，各种仪表设备，用于采集和监测温度、流量、液位、压力等过程参数值的变化；阀门的打开或关闭状态；电机的启动或停止状态等；设备的出口介质物性组分的实时数据；可燃气体检测探头监测到的浓度；有毒气检测探头监测到的有毒气体浓度；现场摄像头监测的到的实时视频画面等等。I/O单元还可以是各种执行元件，例如控制阀、开关阀、各类执行机构、电 气控制回路等等。
控制单元用于对采集数据及其变化监测、输出报警指令、执行实时控制指令并通过I/O单元控制被控对象等。控制指令例如：输出至控制阀的开度指令、输出至开关阀的开/关指令；输出至现场电机的启停指令、输出至现场声/光报警器的报警指令等。
二维模块33用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态。优选的，二维模块33用于以二维的方式显示被控对象及其属性。二维模块中定义了各类设备的编号、功能、用途、设定值、输入/输出数据、报警以及相关的各类工程设计图形、颜色、数据等，如图7所示。二维模块中可显示工程中所有变量的参数和属性，可以以声光报警方式告知操作方过程意外情况，可以通过任意组合或单点模式显示过程数据的实时或历史趋势图，可以获知过程安全联锁保护状态等。优选的，二维模块33仅存放二维数据信息，从而不占用其他服务器的资源，有利于减轻三维模块的工作负荷，从而提高三维模块的处理效率。
三维模块31用于以三维的方式显示被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，如图3～5所示。其中，三维模块仅用于三维图形渲染，不对三维图形进行轻量化，有利于减轻三维模块的工作负荷，从而提高三维模块的处理效率。三维模块将被控对象的三维模型渲染完成后推送至至少一个操作员站进行显示。本发明通过图形服务器为三维服务器进行三维图形和属性数据的融合，使得三维服务器能够直接调取三维图形部件并进行简单的渲染显示，从而缩短了被控对象部件的调取时间。操作员站不进行三维模型的渲染工作。优选的，操作员站在显示三维模型时，同时显示实时的实时数据、报警数据和/或设备数据。
其中，被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地得以显示。优选的，在被控对象的属性信息被操作方改变后，二维模块和三维模块中的相关模块属性参数会同步发生改变，从而二维模块和三维模块始终以属性信息一致的实时展示方式展示被控对象。相比于现有技术中的二维模块与三维模块串行的工作模式，本发明的二维模块与三维模块并行的工作模式，不占用控制网络带宽，工作负荷小，减少三维模块和二维模块的数据延迟显示现象，图形显示的工作效率明显提高，从而实现二维图形和三维图形的并行实时显示。优选的，二维图形和三维图形并行同步显示。
优选的，被控对象的三维图形部件映射至被控对象的二维图形部件，即被控对象的三维图形部件与二维图形部件存在映射关联，使得操作方能够在三维视图中定位到二维图形部件。如图8所示，在操作方在二维模块的显示器点选某个部件时，二维模块响应于对被控对象的二维图形部件之点选，根据操作方对二维图形部件的预先设定，按照预先设定来显示与被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。例如，通过二维显示画面跳转三维显示画面的其中一种方式为：通过鼠标右键点击二维画面上的设备或部件，选择三维定位，跳转至三维画面中的关联设备。通过输入对应编码从二维显示画面跳转至三维显示画面的中的关联设备。通过报警列表跳转至三维显示画面的方式为：通过点选报警列表来定位至出现报警的三维显示画面上的设备及其部件。优选的，对于双屏操作站，本发明可以实现下屏操作，上屏显示，或者上屏操作，下屏显示。优选的，双屏设置不限于上下、左右的相对位置的设置，双屏可以是任意位置的设置，以操作方觉得舒适即可。
优选的，在操作方在三维模块的显示器点选某个部件时，二维模块响应于对被控对象的三维图形部件之点选，根据操作方对三维图形部件的预先设定来显示与被控对象的三维图形部件对应的二维图形。例如，操作方对三维视图中的某个被控对象的三维图形部件的预先设定指令进行点选，二维模块响应于预先设定的指令信息，在二维视图显示模块中显示与被控对象的三维图形部件对应的二维图形部件。
优选的，二维模块显示的二维视图与三维模块显示的三维视图以并行的画面显示。优选的，二维 模块显示的二维视图与三维模块显示的三维视图以并行的画面显示在同一个显示装置上，例如，二维视图在三维视图的左上角进行并行显示，或者三维视图在二维视图的右上角进行并行显示。
优选的，三维模块的显示是以画面频流的方式来自于图形服务器。本发明中的画面频流是指：能够形成画面的视频流。视频流是指视频数据的传输，例如，它能够被作为一个稳定的和连续的流通过网络处理。其中，图形服务器用于存储设备静态数据，既包括非图形类工程数据，例如数据表、规格书、说明书等，又包括图形类工程数据，例如流程图、设备制造图、平面布置图等等。
图形服务器用于将三维数据与被控对象的属性数据进行融合。其中：被控对象的属性是以部件为单位各自单独赋值的。例如，被控对象的各个部件按照预定义的统一编码规则进行编码。优选的，二维模块和三维模块中的相同被控对象采用同一个编码。优选的，各部件的编码为唯一调用各类部件的唯一接口。通过在需要本发明通过将编码作为调用对象，不需要再对数据进行关系检索、分析、筛选等操作，对被控对象的属性数据三维调取速度快、调用效率高。
如图2所示，二维模块33和三维模块31的实时数据或者历史数据来源于控制单元，例如现场控制站70或历史记录站44。在真实现场设有若干类型传感器的设备80，通过电缆分别连接到控制室内部的I/O单元上，再通过数据总线将检测信号上传至现场控制站70。例如，真实现场某设备装有一台温度变送器，当设备内温度升高时，变送器输出电流信号(4～20mA)增大，电流信号通过电缆传输至控制室内的I/O模块中，经模/数(A/D)转换后，数据上传至现场控制站70，供各操作站、二级服务器调用。
现场控制站70将真实现场的实时数据并行输送至二维模块和三维模块。优选的，现场控制站70将真实现场的实时数据发送至历史记录站进行转存和存储，形成与时间相关的历史数据。优选的，在工作人员通过至少一个操作员站输入控制指令和/或操作信号后，操作员站将控制指令和/或操作信号发送至现场控制站。现场控制站响应于控制指令和/或操作信号将控制指令发送至I/O单元，I/O单元响应于控制指令来对被控对象发送相关信号来控制真实现场的被控对象。
优选的，本发明的被控对象还包括人员定位装置。人员定位信息的实时数据在二维模块和三维模块进行同步的二维显示和三维显示。本发明将人员定位装置纳入被控对象的优势在于，能够实时显示工作人员在工厂中的行动轨迹，形成以工艺生产为基础的、实时性的、跨平台的实时数字孪生工厂系统。优选的，现场控制站的报警数据发送至二维模块。二维模块响应于三维模块的请求，将需要显示的数据发送至三维模块。
如图2所示为本发明的控制及显示的实时数字孪生工厂系统的其中一种网络结构，包括生产运行管理层F1、数据服务层F2、数据应用层F3、操作监控层F4和控制层F5。操作监控层F4与控制层F5通过网关设备连接。数据应用层F3与操作监控层F4通过网关设备连接。数据服务层F2与数据应用层F3通过网关设备连接。控制层包括若干设备80、I/O单元和现场控制站70。I/O单元设置在若干设备80与现场控制站70之间。优选的，操作监控层F4包括至少一个操作站、工程师站42。优选的，操作监控层F4的时钟同步器45与现场控制站70连接。数据应用层F3包括三维模块31、图形服务器32和三维模块31。数据服务层F2包括调度站21、生产分析客户端22、WEB服务器23和防护服务器24。调度站21、生产分析客户端22、WEB服务器23和防护服务器24分别通过至少一个网关设备与数据应用层F3的各个设备建立通信连接。优选的，生产运行管理层F1至少包括人员定位系统11、数据库系统12和WEB客户端14。其中，生产运行管理层F1分别与数据服务层F2、数据应用层F3和操作监控层F4建立通信连接。
优选的，在三维模块中，人员定位信息与三维模型相融合。通过与三维模块连接的操作员站能够在三维模型中显示人员位置信息。优选的，在二维模块中，人员定位信息与二维模型相融合。通过与 二维模块连接的操作员站能够在二维模型中显示人员位置信息。
实施例2
本实施例中，二维模块优选为二维服务器，三维模块优选为三维服务器。如图5所示，本发明的实时控制的可视化孪生工厂系统，至少包括控制系统20、服务器系统和操作员站单元60。服务器系统至少包括二维服务器30、图形服务器32和三维服务器50。若干被控对象10与控制系统20建立通信连接。控制系统20用于采集被控对象的动态以及静态的属性数据并且控制被控对象的启动、运转、操作、关闭等等多种工作操作。控制系统20通过有线或者无线的方式与服务器系统建立通信连接。即控制系统20通过有线或者无线的方式分别与二维服务器30、图形服务器32和三维服务器50建立通信连接。服务器系统与操作员站单元60建立通信连接。
本发明的控制系统至少包括具有控制功能的专用集成芯片、处理器、服务器、服务器群组、云服务器中的一种或几种。二维服务器，用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态。优选的，在操作员站单元中的至少一个操作员站中，操作员能够操作显示任一个被控对象的二维图形。其中，二维服务器内定义了被控对象的编号、功能、用途、设定值、输入/输出数据、报警以及相关的各类工程设计图形、数据等信息。二维服务器通过显示设备显示控制过程中的所有变量的参数和属性，能够以声光报警方式告知操作人员过程意外情况，可以通过任意组合或单点模式显示工程数据的实时或历史趋势图，可以获知工程安全联锁保护状态等。
三维服务器，用于以三维的方式显示被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象。具体地，在操作员站单元中的至少一个操作员站中，操作员能够操作显示任一个被控对象的三维图形。
图形服务器，用于存储属性数据和工程数据。现有技术中的工程数据，仅仅包含纯数据信息而缺乏图形信息，导致在二维或者三维图形显示时还需要根据工程数据进行图形的调整，从而导致二维或三维图形显示或者转换延迟，甚至卡顿。本发明的工程数据包含图形数据、实时过程数据和实时人员定位数据。本发明的图形数据包括工厂结构图形、被控对象图形、连接设备图形等多种图形数据。实时过程数据例如各种仪表设备，用于采集和监测温度、压力、流量、液位等过程参数值的变化；阀门的打开或关闭状态；电机的启动或停止状态；某介质物性组分的实时数据；可燃气体检测探头监测到的可燃气体浓度；有毒气检测探头监测到的有毒气体浓度；现场摄像头监测的到的实时视频画面等。还包括各类执行元件，例如控制阀、开关阀、执行机构、电气控制回路等。实时人员定位数据为携带有定位装置的人员的实时位置数据。图形服务器将属性数据与图形数据融合形成能够进行三维显示的三维图形。例如，如图5所示，图形数据包括流程图、设备制造图、工厂建筑图形、被控对象二维轮廓图形、被控对象三维轮廓图形、人员标志图形等。工厂建筑图形包括与工厂实体建筑结构比例一致的二维平面图形和三维图形。被控对象的属性数据与图形数据融合形成具有属性数据的二维图形或三维图形。例如，在三维图形中，被控对象的部件位置在被点选的情况下显示部件的属性数据。优选的，属性数据包括自身属性数据、工作状态属性、预警属性等。自身属性数据为被控对象本身的数据，例如型号、规格、材质、尺寸、位置、可更换储备数量、安装时间、维修时间等信息。工作状态属性为被控对象的工作状态数据信息。预警属性为达到需要报警的阈值信息或者运行状态，运行状态例如是工作状态异常，信号超限等等。
优选的，被控对象的二维图形部件以映射的方式与被控对象的三维图形部件建立关联关系，使得操作方能够在三维视图中定位到二维图形部件。如图7所示，具体地，当操作方在二维服务器的显示器点选某个部件时，三维服务器响应于对被控对象的二维图形部件之点选，根据操作方对二维图形部件的预先设定，按照预先设定来显示与被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。本发明通过映射关联的设置，使得操作方能够便捷的地进行二维图形和三维图形的切换。
优选的，本发明中的二维图形与三维图形的切换方式至少包括：点选切换、编码切换和基于信息切换。本发明的二维图形与三维图形的切换方式不限于列举的方式，还可以包括其他能够实现二维和三维的图形切换的方式，例如，响应于语音形式的编码内容进行切换，响应于二维码扫描信息内容进行切换，响应于智能穿戴设备的视频或者图片中的编码信息进行切换等等。点选切换方式例如是：如图7所示，通过点击二维画面上的设备或部件，定位至三维画面的显示的关联的设备。编码切换方式例如是：直接在二维画面上对应位置输入被控对象的编码来定位至三维显示画面上被控对象的关联的设备。基于报警信息切换方式例如是：如图7所示，在控制系统发出与被控对象相关的报警信息后，形成报警信息列表。通过点选报警列表来定位至出现报警的三维画面上的被控对象的设备及其部件。
优选的，对于双屏操作站，本发明可以实现下屏操作，上屏显示，或者上屏操作，下屏显示。优选的，双屏设置不限于上下、左右的相对位置的设置，双屏可以是任意位置的设置，以操作方觉得舒适即可。
优选的，本发明的三维服务器是以来自于图形服务器画面频流的方式来显示三维图形的。优选的，被控对象的属性能够响应于操作方的操作以二维和三维方式并行地显示。优选的，在被控对象的属性数据被操作方改变后，二维服务器和三维服务器中的相关属性参数会同步发生改变，从而二维服务器和三维服务器始终以属性数据一致的实时展示方式展示被控对象。相比于现有技术中的二维服务器与三维服务器串行的工作模式，本发明的二维服务器与三维服务器并行的工作模式，不占用控制网络带宽，工作负荷小，减少三维服务器和二维服务器的数据延迟显示现象，使得图形显示的工作效率明显提高，从而实现二维图形和三维图形的同步实时显示。优选的，控制系统将实时数据并行输送至二维服务器和三维服务器。优选的，服务器系统还包括历史服务器。控制系统将实时数据发送至历史服务器进行转存和存储，形成与时间相关的历史数据。
优选的，本发明还包括人员定位装置90。人员定位装置90与服务器系统以有线或无线的方式建立通信连接。优选的，人员定位装置90以无线的方式建立通信连接。人员定位装置90为具有定位功能的可携带装置、可定位标识、智能可穿戴设备等等。
图形服务器32将接收到的由人员定位装置90发送的人员定位信息与三维图形相融合，形成显示人员实时位置图形的三维图形。在操作方点选三维图形中的在实时位置的人员标志时，显示人员及其周围的被控对象的三维图形。操作方能够实时查看被控对象的三维图形和属性数据，以及工作人员的实时位置。
优选的，操作方在操作员站实时控制被控对象的运行状态，并且以二维视图和三维视图同时实时查看被控对象的工作状态以及属性变化，更有利于操作方实时掌握和控制工厂内的被控对象，从而实现可视化管理。
实施例3
本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本发明的实时控制的可视化孪生工厂系统及方法，其还能够通过设置交互的景深区域来选择需要高清晰展示的设备的二维图形和/或三维图形，从而避免弊端。
由于工厂的被控对象的数量巨大，操作方根据连接关系进行查找和查看被控对象，很容易将查看的主要目标进行印象模糊，从而查看的被控对象越来越多，导致了查看的效率降低。因此，本发明的三维视图按照在二维场景中指定的景深范围请求数据，给出处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。本发明的景深范围是指是指获取有限距离的视图时，可在显示器上构成清晰影像的显示范围。景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
在二维视图上划定的面积可以是指定的景深范围。景深范围内包含有若干被控对象。在操作方划 定景深区域时，三维视图按照能够指定的景深范围来显示被控对象的三维图形部件。例如，操作方在显示的二维视图上以不限定的几何形状划定三维视图的景深区域，则二维模块将景深信息发送至三维模块。三维模块响应于景深信息，将景深区域以三维图形进行展示。当操作方查看指定景深区域内的三维图形及其属性时，画面是清晰的。当操作方查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作方查看内容超出景深区域，使得操作方能够重新规划查看的景深区域，避免无清晰目标的查看。
优选的，对于属性异常的设备，二维图形以突出的颜色和/或标识显示发出报警信息的设备的二维图形，以及与该设备的异常问题关联的至少一个其他设备。即操作方在二维视图上，就能够明显的看到发出报警的设备以及与报警相关的关联设备。操作方能够通过在二维视图上划定含有报警设备以及关联设备的景深区域，在三维视图上以高清晰度的方式详细查看报警设备及其关联设备的三维图形及其属性信息。即通过对报警设备及其关联设备的突出显示，操作方能够快速确定需要重点查看的设备，避免了无目的的排查设备以找出报警原因的弊端。
如若不设置景深区域的划定方式，操作方在显示器查看三维视图的设备时，三维模块无法确定操作方下一步即将查看的设备，只能将当前三维视图内的所有设备均以高清的方式来显示。然而实际中，有很多设备的三维图形及其属性，操作方不会详细查看。这就导致了三维模块向显示器发送了过量的不必要的数据，导致显示器端的数据延迟以及三维图形更新缓慢，影响显示器的画面更新速度。优选的，显示器包括二维显示器、三维显示器和可佩戴设备的显示装置。本发明通过景深区域的指定，三维模块能够减少向查看的显示器的输送数据的数据量。三维模块基于二维模块发送的景深区域以及景深区域内的设备名单筛选三维图形及其属性数据的高清数据，并且发送至显示器。即，三维模块能够基于景深区域有目标的筛选和输送数据，从而减少大量的不必要数据的发送。
优选的，景深区域不仅能够设置二维视图中，也能够设置在三维视图中。当操作方在三维视图中划定景深区域时，三维模块能够根据景深区域搜索数据，并且给出景深区域内的设备的表单。操作方根据表单来查看自己需要的信息。
优选的，本发明以预设角度初步显示被控对象的三维图形。其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维模块调节被控对象的显示角度至指定角度。如此显示，有利于操作方查看被控对象的各个角度的运行情况，避免查看角度的局限性。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (15)
- 一种实时控制的可视化孪生工厂系统，所述系统至少包括彼此建立通信连接的二维模块、三维模块和设备模块，所述设备模块至少包括被控对象和控制单元，所述二维模块：用于以二维的方式显示被控对象，以便操作方控制其状态；所述三维模块：用于以三维的方式显示所述被控对象，以便操作方显示其当前控制或查看的被控对象，所述控制单元：用于将被控对象的属性信息发送至所述二维模块和/或三维模块，以便响应于所述二维模块和/或三维模块的指令信息控制所述被控对象，其特征在于，所述被控对象的三维图形部件与所述被控对象的二维图形部件建立映射关联关系，使得操作方能够在三维视图中定位到所述二维图形部件，其中，三维模块按照在二维模块中指定的景深范围请求数据，给出处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。
- 根据权利要求1所述的实时控制的可视化孪生工厂系统，其特征在于，响应于对所述被控对象的二维图形部件之点选，所述三维模块按照操作方对二维图形部件的预先设置来显示与所述被控对象的二维图形部件对应的三维图形部件。
- 根据权利要求1或2所述的实时控制的可视化孪生工厂系统，其特征在于，所述被控对象的编码按照预定义的编码规则进行预先设置，所述二维模块基于所述被控对象的编码信息显示包含有所述被控对象属性的二维图形，所述三维模块基于所述被控对象的编码信息显示包含有所述被控对象属性的三维图形。
- 根据权利要求1～3任一项所述的实时控制的可视化孪生工厂系统，其特征在于，所述被控对象的属性数据能够响应于所述操作员站的操作指令以二维图形和三维视图的方式并行地显示。
- 根据权利要求1～4任一项所述的实时控制的可视化孪生工厂系统，其特征在于，所述三维模块的三维显示是以画面频流的方式来自于图形服务器的，所述图形服务器用于将三维数据与所述被控对象的属性数据进行融合。
- 根据权利要求1～5任一项所述的实时控制的可视化孪生工厂系统，其特征在于，所述三维模块通过由所述二维模块发送的基于交互形成的景深区域来选择需要高清晰展示的设备的三维图形。
- 根据权利要求6所述的实时控制的可视化孪生工厂系统，其特征在于，所述景深范围是指是指获取有限距离的视图时，可在显示器上构成清晰影像的显示范围；所述景深区域是指能够清晰显示被控对象的三维图形部件的距离范围。
- 一种工厂系统的孪生可视化装置，至少包括控制系统(20)、服务器系统和至少一个操作员站，所述控制系统与所述服务器系统建立通信连接，所述服务器系统与至少一个所述操作员站建立通信连接，所述服务器系统至少包括二维服务器(30)和三维服务器(50)，其特征在于，所述被控对象的属性数据能够响应于所述操作员站的操作指令以二维图形和三维视图的方式并行地显示，当操作方查看指定景深区域内的三维图形及其属性时，画面是清晰的；当操作方查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作方查看内容超出景深区域，使得操作方能够重新规划查看的景深区域，避免无清晰目标的查看。
- 根据权利要求8所述的工厂系统的孪生可视化装置，其特征在于，所述三维服务器(50)按照在所述二维服务器(30)中指定的景深范围请求数据，通过所述操作员站显示处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。
- 根据权利要求8或9所述的工厂系统的孪生可视化装置，其特征在于，当操作方在操作员站的二维视图划定景深区域时，三维服务器按照指定的景深范围来显示被控对象的三维图形部件。
- 根据权利要求8～10任一项所述的工厂系统的孪生可视化装置，其特征在于，响应于对由报警信息记录形成的报警列表之点选，所述三维服务器能够根据所述操作员站对所述报警列表的预先设定来显示与所点选的报警信息相关联的所述被控对象的三维图形部件。
- 根据权利要求8～11任一项所述的工厂系统的孪生可视化装置，其特征在于，对于属性异常的设备，二维服务器以突出的颜色和/或标识显示发出报警信息的设备的二维图形，以及与该设备的异常问题关联的至少一个其他设备。
- 根据权利要求8～12任一项所述的工厂系统的孪生可视化装置，其特征在于，三维服务器以预设角度初步显示被控对象的三维图形；其中，响应于操作方的点选信息或显示角度请求，三维服务器调节被控对象的显示角度至指定角度。
- 一种工厂系统的孪生可视化方法，其特征在于，所述方法至少包括：二维服务器(30)基于控制系统(20)发送的实时属性数据将被控对象以二维图形部件与属性数据结合的方式在所述操作员站显示，三维服务器(50)以画面频流的方式将被控对象的三维图形部件在所述操作员站显示，其中，所述三维服务器(50)按照在所述二维服务器(30)中指定的景深范围请求数据，通过所述操作员站显示处于景深范围内的含有被控对象以及与被控对象关联的设备的三维视图。
- 根据权利要求14所述的工厂系统的孪生可视化方法，其特征在于，当操作方查看指定景深区域内的三维图形及其属性时，画面是清晰的；当操作方查看到达景深区域的边缘时，边缘内的三维图形是高清晰度的，边缘外的三维图形的清晰度降低，从而提示操作方查看内容超出景深区域，使得操作方能够重新规划查看的景深区域，避免无清晰目标的查看。
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