CN117456094A - 一种基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，包括：搭建WebGL轻量化展示模型数据库：搭建工厂规划所需的三维模型，对三维模型数据进行轻量化和WebGL化处理，将WebGL化处理后的三维模型与业务数据整合形成用于用户规划工厂搭建的模型数据库；根据WebGL轻量化展示模型数据库搭建工厂规划SaaS系统：基于WebGL轻量化展示模型数据库分类出用于用户规划搭建工厂的各类标准数据库，构建允许用户在模型输出端搭建工厂模型的工厂规划工具，构建适于用户搭建好的工厂模型的展示平台和生产清单导出工具。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型数据轻量化及云端数据管理技术领域，尤其涉及一种基于工厂模型轻量化搭建的SaaS系统及SaaS系统搭建方法。更具体涉及一种工厂设备的三维模型在网页端生成加载，通过已有云端模型库进行拖拽式搭建的SaaS系统架构平台。
背景技术
目前在工厂(如电厂)数字孪生平台的搭建过程中，基于工厂的三维建模大部分通过熟悉专业CAD软件的工程师进行绘制，这既需要用户熟悉工厂的业务流程、工艺规范、各个设备的结构与属性特征；又需要用户掌握熟练的CAD绘图技巧与规范，这就加大了工厂数字孪生系统的搭建难度。大部分的工厂模型搭建是从初期的设计院规划图纸为依据，进行三维模型的绘制，目前主流的方式以二维图纸为基础，包含建筑总平图、设备布置图、工艺流程图等参考，逐步通过规划类或BIM类CAD引擎软件进行工厂建筑、地坪、设备和管道等三维模型的本地端软件搭建；随后通过模型轻量化的手段将模型云化输出，以WebGL的形式展现在浏览器端方便不同云端账户进行访问。而在本地端CAD软件上搭建完的三维模型需要通过软件自带的物料清单输出功能进行逐一输出核对，例如建筑图纸通过Revit输出建筑BOM表，设备通过Inventor输出机械和电子BOM表，管道部件通过PDMS输出管材BOM表，最终再逐一将BOM表发给相对应的制造商进行部件加工，施工耗材准备等生产环节。
目前大部分的工厂三维模型搭建通过CAD类工具软件进行正向建模流程，其中工厂的厂房模型根据建筑规划时的二维总平图、立面图中进行BIM建模，包含例如建筑标高、土建墙、门、窗、结构梁、柱、钢结构、MEP和地形地坪等不同族属性的元素定义，进而实现建筑搭建。工厂的大型设备与管道则根据设计规划时的设备装置图、工厂工艺流程图进行三维CAD建模，包含汽机房区域和锅炉区域的装置设备和管道的搭建，例如汽机房区域内的高低压凝汽器、各类水泵、汽泵、油泵、真空泵、加热器、除氧器、闭式水箱、旁路油站、发电机密封油站、发电机组、汽轮机、各类仪表与管道库的等级分类与搭建；锅炉区域内的磨煤机、给煤机、送风机、引风机、循环泵等与各类仪表与管道库的等级分类搭建。这类工厂搭建需要通过多种建模软件实现，并通过模型的WebGL转化实现SaaS化部署实现工厂浏览器端的数字孪生展示。
一方面由于工厂搭建涉及到的领域不同，涵盖建筑、机械装备和管道仪表等方面，所使用的CAD的几何引擎也各不相同，即便已经对模型数据进行轻量化减少服务器上3D模型所占用的空间，但在进行工厂搭建完毕后的审阅阶段需要兼容多种不同类型的三维文件在同一平台，会给浏览器端带来较大的数据分析载荷；另一方面由于大部分的工厂数字孪生平台以SaaS的形式给用户进行展示与应用，大多集中在浏览器端(B/S架构端)进行统一展示与运维，而大部分的模型以WebGL格式加载浏览器的显卡进行线上展示，但却缺乏了模型设备的原始设计数据(型号、规格等)，无法直接转化成生产物料清单，缺乏了数字孪生工厂在生产环节制造中的应用。
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，本发明提供了一种基于工厂模型轻量化搭建的SaaS系统，实现工厂模型轻量化关联设备属性关系的定义，同时提供SaaS架构的模型搭建页面并自动输出生产物料清单，衔接后续生产制造环节。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，可以包括：
搭建WebGL轻量化展示模型数据库：
搭建工厂规划所需的三维模型，
对三维模型数据进行轻量化和WebGL化处理，
将WebGL化处理后的三维模型与业务数据整合形成用于用户规划工厂搭建的模型数据库；
根据WebGL轻量化展示模型数据库搭建工厂规划SaaS系统：
基于WebGL轻量化展示模型数据库分类出用于用户规划搭建工厂的各类标准数据库，
构建允许用户在模型输出端搭建工厂模型的工厂规划工具，
构建适于用户搭建好的工厂模型的展示平台和生产清单导出工具。
在施工规划功能页面，通过本发明能够实现工厂二维总平图、设备布置图与三维模型图上的关联跳转，并可通过系统页面中的工具模块进行三维模型或二维工程视图的标注、修改及评审等的协作，从而在施工前避免因为设计缺陷造成的设计返工与施工工期延期等问题。
在协同设计功能页面，通过本发明提供的SaaS架构平台能够实现不同地域的设计师、设计工作室登录平台，对同一工厂模型进行协同设计修改，并对同一模型的不同设计版本进行控制；无设计软件使用经验的工厂规划技术人员也可以通过傻瓜式拖拽的方式，从模型库清单中可视化拖拽搭建，关联设备节点与管道节点可进行自动化连接，快速实现新建工厂和修改区域的快速搭建与web(浏览器)端展示。
在规划完相应的工厂模型后，用户通过生产清单导出工具可一键自动导出全场所有工厂设备管道仪表的BOM生产清单；或者用户点击选取需要Web(浏览器)端导出的设备管道仪表BOM清单，发送对接的生产MES系统或第三方ERP系统完成车间生产或者第三方外协生产流程。
现有技术进行三维模型轻量化的主要思路是对模型的大小及数据结构进行调整，以提高模型的加载和显示速度。例如，CN106909640A公开了一种基于webgl的三维模型轻量化展示技术，其中，首先获取模型的几何和材质，根据模型树生成场景树，若有动画则生成动画树；其次获取几何的离散三角形和线段，缩小化三角形索引，以提高压缩算法压缩率；随后压缩三角形法向数据以及缩小化线段的索引，并对几何对象进行分块处理，几何分块用lzma压缩生成若干bin文件；将几何和材质的属性、场景树和动画树数据json化，生成js文件；最后读取并解压文件，并还原三角形和线段，建立场景和动画并渲染。该技术方案能够将各格式三维模型转换为一种较小体积的中间文件，从而在web平台中能够快速地进行加载，由此基于webgl直接在浏览器中进行展示。也即是说，该技术方案通过将不同格式的三维模型进行统一化的预处理，以将其解析和转换为尽可能小的中间格式文件，从而使三维模型能被快速加载，并减少服务器上三维模型所占用的空间。即，该技术方案通过中间格式文件作为转换载体以实现不同三维模型之间的转换。该技术方案主要涉及不同三维模型之间的解析及转换，其相应的几何对象能够通过相同的预处理方式进行分块处理。
然而，对于如何实现二维视图与三维视图之间的转换的技术问题，该技术方案并未涉及。相应地，本申请与上述现有技术相比，能够在施工规划过程中通过匹配关联的方式实现工厂二维总平图、设备布置图与三维模型图上的关联跳转，以提高施工规划设计的效率，无需再次进行相应模型解析及转换，显著降低数据运算处理量。具体地，本申请能够对二维工程图纸(PDF、DXF或SVG)进行轻量化处理以得到相关图层中对象的唯一识别码，并将该唯一识别码写入xml文件中去匹配关联所有场景节点模型中的唯一识别码(或位号)，唯一识别码作为不同维度模型之间的切换桥梁，以实现三维模型列表和3D画面中设备选择并跳转二维工程图纸对应设备显示，能够实现二三维联动效果的管理，此种方式无需额外设置如上述现有技术中的中间格式文件，从而进一步降低模型处理的复杂度，提高施工规划设计的处理效率。
在完成模型轻量化处理之后，需要将模型化之后的数字化管理过程进行模块化和软件化，现有技术已经存在让用户能够通过互联网连接来使用基于云的应用程序的技术方案。例如，CN113448693A公开了一种数字化工厂SAAS云平台，其中通过统一认证门户接收用户从微服务组件池中选择的微服务组件，经由服务注册中心对用户选择的微服务组件进行注册，生成一个或多个服务实例，当接收到重新注册指令时，对重新注册指令中服务实例对应的微服务组件进行注册；如果监控服务实例的状态为异常时，生成包含该服务实例的重新注册指令，发送给服务注册中心；最后通过容器服务打包并发布服务实例。该平台主要通过提供统一的数字线程底座，使各工业微服务、工业SaaS业务功能组件可以单独使用，从而像积木一样相互组合搭建更复杂全面的行业数字化解决方案，例如C2M工厂数字化、远程设备维护和巡点检等等，使其具有最大的灵活性和可扩展性，以此实现模型算法的模块化和软件化。
然而，模块化后的组件调取需要耗费较大的数据处理空间与计算占用率，尤其是在上述现有技术存在多种微服务组件的情况下，由于不同用户终端的显示分辨率不同，模块化的组件调取将导致低分辨率的用户终端数据处理压力增加，从而导致规划设计过程出现卡顿等情况。因此，对于如何加快三维模型对象在用户端界面的加载速度的技术问题，该技术方案并未涉及。相应地，与上述现有技术相比，本申请的模型渲染服务器能够根据提出查看请求的用户终端的分辨率所确定最小肉眼分辨尺寸来确定所需渲染的部件的最小尺寸，由此能够基于不同的用户终端执行特定的渲染要求，从而提高施工规划设计的处理效率。具体地，鉴于不同用户终端所具备的不同数据处理性能，在向用户的终端界面展示用户期望查看的三维模型对象时，模型渲染服务器以满足用户最基础的查看需求的方式来执行对目标三维模型对象的渲染任务，减轻用户端渲染生成三维模型对象的数据处理压力，加快三维模型对象在用户端界面的加载速度，尤其是用户的访问目的仅是查看三维模型的局部细节时，无需将三维模型对象的全局细节以最高精度或分辨率进行渲染。例如设备之中不必要的螺母等部件可以不显示或降低分辨率。
常规的数字化工厂SAAS云平台通常默认所有的管理终端都具有相同的处理性能，如果仅仅是对已经建成的工厂数字化模型进行终端的数据化生成，通过统一设定管理终端的处理性能能够满足相应的需要。然而，常规的处理方式缺乏模型设备的原始设计数据(型号、规格等)，无法直接转化成生产物料清单，由于原始设计数据所应用的用户终端处理的数据多为简单的二维图纸或业务数据，通常不具备较强的完整三维模型处理性能，从而导致数字孪生工厂无法直接应用在生产环节制造中使用的用户终端。因此，上述现有技术与常规技术手段的结合也无法解决本申请所涉及的上述技术问题。
进一步地，不同的网络带宽也将直接影响到不同用户终端的模型加载速度，尤其是在二维图纸向三维模型的切换过程中，将出现数据传输量的显著突变。本申请的模型渲染服务器可以根据提出查看请求的用户终端的网络带宽来确定在终端选择的目标模型对象相关的视野和/或景深，并根据用户通过其终端选择的展示可能性来渲染与所确定视野和/或景深相关的部件。具体地，根据用户终端的网络带宽请求结果，模型渲染服务器确定向用户端界面展示的目标三维模型对象的视野和/或景深以确保模型加载速度的同时，确保所展示的三维模型对象清晰度。例如，用户终端的网络带宽低，则单位时间内能加载的数据量小，模型渲染服务器可以第一景深和/或第一视野来渲染目标三维模型对象；若用户终端的网络带宽高，则模型渲染服务器可以第二景深和/或第二视野来渲染目标三维模型对象。第二景深和/或第二视野大于第一景深和/或第一视野。也即在用户终端的网络带宽低时，仅对用户选定的目标三维模型对象进行高分辨率展示，而对其余对象及背景等降低分辨率展示。
优选地，根据WebGL轻量化展示模型数据库搭建工厂规划SaaS系统还包括：
构建云端方案审查工具，用于供用户在模型输出端结合二维视图和三维视图进行批注、审阅和/或确认。
优选地，对三维模型数据进行轻量化和WebGL化处理可以包括：
利用图形压缩引擎将工厂规划所需的三维模型进行压缩以实现模型数据的轻量化；
基于轻量化处理后的三维模型文件，完成云渲染配置和资源注册以形成能够展示于输出端的渲染模型。
优选地，构建允许用户在模型输出端搭建工厂模型的工厂规划工具可以包括：
提供用于用户执行模型绘制任务的建筑平台绘制工具；
和/或提供用于用户执行楼层模型布局任务的楼层布局工具；
和/或提供用于用户执行设备管道自动搭接的管道生成器。
优选地，利用图形压缩引擎将工厂规划所需的三维模型进行压缩以实现模型数据的轻量化可以包括：
对工厂规划所需的三维模型中的UV贴图和三维模型进行打散管理；
图形压缩引擎对三维模型进行体素分解，将存在于三维坐标的三维网格几何体按照设定空间几何体进行分离，并进行压缩纹理图片、压缩顶点数算法和优化索引缓冲区的数据结构优化。本发明中，三维模型经过轻量化后，通过统一以wlkx格式输出上传云端并以WebGL的形式展现在浏览器端，使得CPU、GPU运算压力显著降低。
优选地，云渲染配置可以包括：
创建模型云渲染函数，将轻量化处理后的三维模型文件内容渲染在DOM元素或CSS选择器字符串的容器元素内以挂载云渲染模型。
优选地，资源注册可以包括：
对轻量化三维模型中的基础模块进行控制管理；
和/或对轻量化三维模型场景中的对象场景进行控制管理；
和/或对NPC漫游内容进行控制管理；
和/或对基本体素、3D元素进行控制管理。
优选地，针对三维模型的轻量化处理可以包括绝对轻量化和相对轻量化，其中，
绝对轻量化通过网格顶点、边、面的删减和统一法向量方向，得到网格优化后的状态；
相对轻量化基于场景需要进行模型的传递和加载，针对三维场景中的观察者视角来执行分布式加载。
优选地，将WebGL化处理后的三维模型与业务数据整合形成用于用户规划工厂搭建的模型数据库可以包括：
集成生产施工数据文件到三维模型中以形成能够同步展示生产施工数据的轻量化模型；
将对二维视图轻量化处理得到的相关图层中二维对象的唯一识别码写入生产施工数据文件以匹配关联所有场景节点模型中的唯一识别码。
优选地，在本发明涉及的基于数字孪生的工厂规划SaaS系统中，还包括：
用户通过其终端向模型渲染服务器提出查看请求，模型渲染服务器响应于查看请求向用户终端提供第一数据量的第一数字孪生视图；
响应于第一数字孪生视图之接收，用户通过其终端选择二维视图中的对象来向模型渲染服务器提出第二数据量的第二数字孪生视图的访问请求；
响应于访问请求之接收，模型渲染服务器向提出查看请求的终端请求其网络带宽、分辨率、访问权限和/或访问目的；
模型渲染服务器根据终端的网络带宽、分辨率、访问权限和/或访问目的来确定第二数据量的规模并向终端提供至少两种展示可能性，其中，第一展示可能性与展示速度与性能优化相关联地确定，第二展示可能性与展示细节和编辑访问优化相关联地确定。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的硬件服务器关联图；
图2是本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的搭建流程示意图；
图3是本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的业务流程图；
图4是本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的软件架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解的是，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提出一种基于新建工厂(如电厂)规划期使用的三维模型轻量化压缩转换，WebGL工厂设备模型拖拽式规划搭建，生产制造物料单自动输出的SaaS平台系统。该系统可对接不同制造商的ERP或MES系统，将规划图纸的设备设施物料清单的自动导出，可实时下发各设备外协厂家的接单系统或生产制造执行系统信息，是一种可完成工厂从规划设计阶段到设计制造一体化阶段的管理SaaS平台系统。
图1示出了本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的硬件服务器关联图。具体地，本发明所述的SaaS系统或SaaS架构平台可以包括彼此通信耦合的数据库服务模块、文件服务模块、数据库访问核心服务模块和业务操作服务模块。具体地，数据库服务模块包含数据库服务器，具有该轻量化SaaS平台的所有数据库信息，如数据库管理信息、企业信息、设计师信息、模型信息、项目信息、BOM信息和数据库的动态信息等。文件服务模块为搭建模型系统的文件服务器，用于储存例如3D模型文件及相关图片文件等。数据库访问核心服务模块用于对数据库和文件服务器进行各种业务和管理操作。业务操作服务模块用于提供电厂模型设计服务，包含提供模型转换、二三维联动和BOM清单输出等，主要服务于电厂规划搭建。
进一步地，本发明另一方面提供一种基于模型轻量化的电厂规划SaaS系统搭建方法，该方法包括搭建数据库服务器和文件服务器；搭建数据库访问核心服务器；搭建业务操作服务器。更具体地，该SaaS系统搭建方法是一种结合WebGL技术与电厂建筑、设备及管道模型库的搭建方法，该方法可以包括以下步骤：
电厂建筑、设备及管道模型等级库分类。
基于模型设计属性(例如Archi、Eqp或Pipe)判断进入不同等级库的轻量化压缩分区，并进行WebGL模型转换。
基于二维布置图将进入模型等级库的模型拖动至网页页面中，进行积木式的模型叠加，拖拽搭建。
基于电厂区域、用途的模型分类，关联设备、管道及仪表生产信息熟悉方式，自动导出不同物料清单(例如电子、机械、建筑或施工)的分类逻辑。
SaaS平台与MES(Manufacturing Execution System)，ERP(Enterprise ResourcePlanning)系统的自动化物料清单传递推送方式。
优选地，在网页端搭建电厂三维模型(如建筑、设备模型)时，其中模型关键的特征点，例如拖拽管道接口与电厂泵机管道接口相接近时可自动吸附，自动完成不同设备设施的搭建组合。
图2示出了本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的搭建流程示意图。具体地，本发明中，基于模型轻量化的电厂规划SaaS系统搭建方法主要包括电厂三维模型的搭建及WebGL轻量化展示和电厂规划SaaS平台系统的构建。参见图2，本发明提供的基于模型轻量化的电厂规划SaaS系统搭建方法可以包括如下步骤：
S100：WebGL轻量化展示模型数据库的搭建。
具体地，WebGL轻量化展示模型数据库的搭建的过程包括电厂规划的电厂三维模型的本地搭建、模型数据的轻量化、模型数据的WebGL化处理和数据库的整合。WebGL轻量化展示模型数据库的搭建的主要工作是将用户委托的模型搭建内容进行轻量化、云化以及WebGL模型化，并且将最终的WebGL模型与业务数据整合，以搭建能够供用户用于规划搭建电厂的模型数据库。
S200：电厂规划SaaS平台系统的搭建。
具体地，电厂规划SaaS平台系统的搭建的主要工作内容是基于WebGL轻量化展示模型数据库分类出作为用户规划电厂素材来源的各子数据库，构建多种服务于用户以拖拽式方式在网页端搭建电厂模型的电厂规划工具，以及构建适于用户搭建好的模型的展示平台和生产清单导出工具，使得用户能够在该电厂规划SaaS平台系统高效、简便地规划电厂的前期准备和施工筹备。
根据一种优选实施方式，WebGL轻量化展示模型数据库的搭建之步骤具体可包括：
S101：搭建电厂规划的电厂三维模型。
具体地，本发明提供的电厂规划SaaS平台兼容第三方设计工具软件格式。结合用户提供的二维工程图(DXF/PDF/SVG)、设备和管道模型(RVM/VUE/DWG)和/或建筑模型(RVT)，基于原始设计工具(如CAD)预先搭建出电厂规划的本地三维模型。
S102：三维模型数据的轻量化处理。
具体地，基于2D/3D压缩引擎将电厂规划的相关三维模型进行压缩以实现三维模型数据的轻量化。具体而言，对电厂规划的相关三维模型中的UV贴图和三维模型进行打散管理，打散后的模型面拆分成多个小三角形，和纹理贴图中的每个模型面的比例和形状进行算法匹配贴合，以确保每个模型面对应一个二维UV贴图，保障贴图附着在模型面上的分辨率准确。进一步地，2D/3D压缩引擎对电厂规划的相关三维模型进行体素Voxel分解，将存在于XYZ坐标的3D网格几何体按照设定空间几何体(如立方体、球体、柱体、椎体或环体等)进行分离，并进行压缩纹理图片、压缩顶点数算法和优化索引缓冲区的数据结构优化。
特别地，2D/3D压缩引擎可采用申请人自主研发的ezWalker2D/3D压缩引擎。ezWalker2D/3D压缩引擎兼容多种主流3D模型源文件的格式(例如.CATproduct、.ASM、.SLDASM、.PRT、.STEP、.IAM、.REVIT等)，进而能够将电厂规划的相关三维模型格式数据统一形成新的模型格式wlkx进行输出。通过上述数据轻量化过程，模型数据的储存占用空间得到减少，对比原始模型压缩比在1：10到1：50之间；同时统一3D模型源文件的格式输出为wlkx，进一步降低Web(浏览器)端数据处理量。
S103：三维模型数据的WebGL化处理。
具体地，基于2D/3D压缩引擎处理上传的wlkx格式3D模型文件，完成云渲染配置和资源注册以形成能够展示于Web(浏览器)端的WebGL渲染模型。云渲染配置的过程为：创建模型云渲染函数(creatCloud)，挂载云渲染模型，并将上传的wlkx格式3D模型内容渲染在DOM元素或CSS选择器字符串的容器元素内以挂载云渲染模型，完成云渲染配置。
根据一种优选实施方式，WebGL渲染模型展示于Web(浏览器)端的过程可以包括：基于标准HTML、CSS及JavaScript构建一套标准接口，涵盖即时渲染功能，可以快速、高效、及时地基于云渲染配置渲染出三维模型场景。优选地，三维模型场景加载处理可以分为绝对轻量化处理和相对轻量化处理，其中，以绝对轻量化通过修改模型LOD算法进行网格顶点、边、面的删减和统一法向量方向，得到网格优化后的状态；相对轻量化则基于场景需要进行模型的传递和加载，针对三维场景中观察者的区域位置和距离，实现分布式渐进加载，切换不同LOD模型级别，保持渲染效率。
根据一种优选实施方式，资源注册的过程可以包括：
a.对轻量化三维模型中的基础模块进行控制管理，包括：
①调用轻量化模型加载管理器，完成对模型地址、模型下载方式和/或模型初始化位置姿态的调用。
②调用模型测量管理器，对模型上的两点、高度、净距、角度、面积和/或连续测量进行控制管理。
③调用环境管理器，对太阳光照强度、轮廓线颜色、天空盒、环境光强度、太阳光方向、阴影、坐标轴类型和/或设置网格进行控制管理。
④调用静态碰撞检测管理器，对模型开始、终止执行静态碰撞检测，获取静态碰撞检测结果，设置碰撞检测进度回调函数进行管理。
b.对轻量化三维模型中的对象场景进行控制管理，包括：
①获取各个模型的GUID节点、3D根节点、拾取节点回调函数、拾取点和拾取场景中的节点，获取节点操作接口和/或获取虚拟树操作接口。
②调用节点操作管理器，对设置与获取节点状态、获取节点属性、获取节点包围盒和/或获取设置节点局部变换进行管理。
③调用节点管理，对轻量化三维模型获取父节点、祖先节点、子节点和/或节点名称进行管理。
④调用虚拟节点管理器，对创建、删除虚拟节点，获取节点被引用的次数和/或根据GUID获取虚拟节点进行管理。
c.对于NPC漫游内容进行控制管理，包括：
①调用NPC管理器对重力模式、第一视角、碰撞检测、添加删除NPC、设置与获取NPC姿态、删除图层中的某个NPC对象、格局GUID删除图层中的某个NPC对象进行管理；
②调用路径管理器，对路径对象、路径管理、路径动画对象、路径动画新增删除和/或路径图层对象进行管理；
③调用爆炸图管理器，对获取爆炸对象GUID、设置爆炸图中爆炸效果的模型节点、爆炸到某个位置时的爆炸效果、制定范围内的爆炸动画效果、清除查看爆炸最终效果场景和/或爆炸图动画暂停与继续进行管理。
d.对于基本体素、3D元素进行控制管理，包括：
①调用标牌管理器，对3D元素对象和/或3D元素图层进行管理。
②调用围栏对象类管理器，对围栏对象、围栏对象图层和/或围栏墙体的GUID进行管理。
③调用高级设置管理器，对模型对象的高级检索和/或高级操作进行管理。
④调用剖切管理器，对模型剖切和/或剖切对象操作进行管理。
S104：数据库的整合。
具体地，根据云渲染配置和资源注册的结果，将业务数据与轻量化后的三维模型进行结合，以整合形成WebGL轻量化的模型数据库。业务数据可以包含与工厂设计、施工建设及相关部件生产相关的各种数据。具体而言，集成施工建设、生产运维等生产施工数据中的xml文件到wlkx模型中以形成能够同步展示生产施工数据的轻量化模型；对二维工程图纸(PDF、DXF或SVG)进行轻量化处理以得到相关图层中对象的唯一识别码，并将该唯一识别码写入xml文件中去匹配关联S103中产生的所有场景节点模型中的唯一识别码(或位号)，实现三维模型列表和3D画面中设备选择并跳转二维工程图纸对应设备显示，能够实现二三维联动效果的管理。
根据一种优选实施方式，在按照上述步骤搭建完成WebGL轻量化展示模型数据库之后，用户可以利用WebGL轻量化展示模型数据库搭建电厂规划SaaS系统。具体地，搭建电厂规划SaaS系统可以包括：
S201：对WebGL轻量化展示模型数据库的内容分类以建立标准库。
具体地，标准库包括但不限于标准设备库(如发电机组、高压锅炉等)、标准件库(如汽轮机区、锅炉区标准配件等)、辅料库(如罐体、管道等)等。
S202：构建允许用户在Web(浏览器)端以拖拽式方式规划电厂模型的电厂规划工具。
具体地，电厂规划SaaS系统为用户提供多种平台搭建工具，包括建筑平台绘制工具，用于供用户通过选择和调整土建建筑参数完成模型绘制工作。可选地，土建建筑参数包含但不限于厂房定位、厂房类型(如混凝土、钢结构和钢架等)、楼层面积和层数、楼层标高、钢柱类型(如T形、H形)、柱间距和柱子数量。楼层布局工具，用于供用户完成模型楼层布局工作，楼层布局工具的具体功能包括但不限于设备定位、管道接口对接、单一楼层吸附和设备接口连线。自动管道生成器，用于在用户拖拽式搭建电厂时自动完成不同设备设施的搭建组合，具体为基于引导相关算法在用户进行拖拽式搭建电厂模型时在设备管道接近时能够自动吸附。引导算法能够实现修改管道连接类型(如圆头、方头、方转圆连接、料斗连接或弯头连接等)、匹配管道的材料属性，钢板厚度、溜管直径及类型等参数，匹配管道进出口类型、高度尺寸、弯头角度等。楼层自动开孔计算，支持管道连接弯头方向手工调整等功能。相关算法可以是拓扑关系、距离场、神经网络和机器学习的一种或多种。
S203：构建云端方案审查工具。
具体地，基于步骤S104的二三维图纸联动，用户能够在平台上框选二维图纸和/或三维模型的相关构件，以在平台上同步获取与之对应的三维模型和/或二维图纸上的内容，从而允许用户在网页端同步结合2D工程图纸和3D设计模型进行批注、审阅及确认。
S204：构件三维可视化展示工具，以允许用户将搭建好的电厂模型导出展示。
具体地，用户搭建好电厂模型后，三维可视化展示工具基于与各种API的集成能够实现于移动端(例如手机、平板等)或者Web(浏览器)端的展示，并可以通过二维码或者网址的方式推送给相关干系人进行浏览展示。
根据本发明实施例所述的基于数字孪生的工厂规划SaaS平台系统，包括渲染服务器和与该服务器通信的多个终端。进一步地，在用户搭建好电厂模型后，用户通过其配备的终端设备来浏览相关建筑、设备和/或管道模型布局之时，可按照如下方式进行：
S1)由用户终端向模型渲染服务器提出查看请求，响应于该查看请求，模型渲染服务器向用户终端提供第一数据量的第一数字孪生视图。具体而言，第一数字孪生视图例如是二维平面工程图。用户终端可以是手机、平板以及个人计算机，不同类型的用户终端具备不同的CPU、GPU处理能力，影响着轻量化处理后的三维模型在用户终端界面的输出结果，例如影响三维场景中的各三维对象的视野、景深和/或清晰度等。
S2)在收到第一数据量的第一数字孪生视图后，用户通过在终端选择第一数字孪生视图上的对象(如设备、管道部件)来向模型渲染服务器提出访问第二数据量的第二数字孪生视图的访问请求。具体而言，第二数字孪生视图例如是三维模型图。第二数字孪生视图的第二数据量大于第一数字孪生视图的第一数据量，尤其大于第一数据量若干个数量级。
S3)响应于第二数字孪生视图的访问请求之收到，模型渲染服务器向提出查看请求的用户终端请求其网络带宽、分辨率、访问权限和/或访问目的。
具体地，本发明中，由用户终端向模型渲染服务器提出的访问请求包括但不限于针对第二数字孪生视图中一个或多个对象的查看、编辑或删除请求。
S4)模型渲染服务器根据提出查看请求的用户终端的网络带宽、分辨率、访问权限和/或访问目的来确定第二数据量的规模并向提出查看请求的用户终端提供至少两种展示可能性，其中，第一展示可能性是与展示速度与性能优化相关地确定的，第二展示可能性是与展示细节和编辑访问优化相关地确定的。
根据一种优选实施方式，本发明中，第二数字孪生视图的第二数据量的规模可以按照如下方式确定：
模型渲染服务器根据提出查看请求的用户终端的分辨率所确定最小肉眼分辨尺寸来确定所需渲染的部件的最小尺寸。具体地，鉴于不同用户终端所具备的不同数据处理性能，在向用户的终端界面展示用户期望查看的三维模型对象时，模型渲染服务器以满足用户最基础的查看需求的方式来执行对目标三维模型对象的渲染任务，减轻用户端渲染生成三维模型对象的数据处理压力，加快三维模型对象在用户端界面的加载速度，尤其是用户的访问目的仅是查看三维模型的局部细节时，不必将三维模型对象的全局细节以最高精度或分辨率进行渲染。例如设备之中不必要的螺母等部件可以不显示或降低分辨率。
根据一种优选实施方式，模型渲染服务器可以根据提出查看请求的用户终端的网络带宽来确定“在终端选择第一数字孪生视图上的对象”相关的视野和/或景深，并根据用户通过其终端选择的展示可能性来渲染与所确定视野和/或景深相关的部件。具体地，根据用户终端的网络带宽请求结果，模型渲染服务器确定向用户端界面展示的目标三维模型对象的视野和/或景深以确保模型加载速度的同时，确保所展示的三维模型对象清晰度。例如，用户终端的网络带宽低，则单位时间内能加载的数据量小，模型渲染服务器可以第一景深和/或第一视野来渲染目标三维模型对象；若用户终端的网络带宽高，则模型渲染服务器可以第二景深和/或第二视野来渲染目标三维模型对象。第二景深和/或第二视野大于第一景深和/或第一视野。也即在用户终端的网络带宽低时，仅对用户选定的目标三维模型对象进行高分辨率展示，而对其余对象及背景等降低分辨率展示。
S205：构建BOM清单一键自动输出工具，以允许用户一键导出与电厂规划模型相关的物料清单进行生产施工准备。
具体地，基于步骤S104中与轻量化模型相关的生产施工数据，结合基于电厂模型的区域、用途和关联设备、管道、仪表的生产信息熟悉方式，对不同物料进行分类。进一步地，用户可一键自动导出全场所有电厂设备、管道及仪表的BOM生产清单，或者点击选取需要网页中导出的设备、管道及仪表BOM清单，发送对接的生产MES或第三方ERP系统完成车间生产或者第三方外协生产流程。BOM清单可以包括对管道、楼板开孔、工程图实现自动输出，生成设备、预制件、楼层平台等的清单BOM(EXCEL或PDF格式，下同)；生成外购件采购清单BOM；生成管道、溜管、抱箍清单BOM；生成建筑钢材的清单BOM；输出标准件(如螺丝螺母)清单BOM等。
本领域技术人员应理解，只要能够实现本发明的目的，在上述各步骤前后或步骤之间还可包含其他步骤或操作，例如进一步优化和/或改善本发明所述的方法。此外，本发明所述的方法虽被显示和描述为按顺序执行的一系列动作，但是应当理解为该方法不受顺序的限制。例如，一些动作可以以与本文描述的顺序不同的顺序发生。或者，一个动作可以与另一个动作同时发生。
图3是本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的业务流程图。具体地，图3示出的电厂设计SaaS架构平台主要包含电厂设计SaaS平台界面模块、电厂规划系统界面模块和WebGL轻量化展示模块。用户可以通过电厂设计SaaS平台界面模块进入平台首页，并能够执行包括但不限于以下业务操作流程：
①已经在本地制图软件(如CAD)完成电厂规划的电厂三维模型可以直接通过2D/3D压缩引擎将电厂模型直接进行压缩、云化，例如支持多种主流3D模型源文件(.CATproduct、.ASM、.SLDASM、.PRT、.STEP、.IAM、.REVIT等)的格式转换形成WebGL格式的网页端展示。
②需要进2D工程图和3D模型点击2D图纸部件跳转至3D模型部件的设施管道则通过二三维图纸联动功能完成属性关联(例如通过DWG图纸的A阀门图层号和A阀门三维模型唯一识别码GUID进行关联绑定的算法进行二三维图纸联动设定)，再通过2D/3D压缩引擎云化压缩进行网页端展示。
③对于希望从零开始搭建电厂专业区域(例如汽机房区、锅炉区或化水区)设备设施的情况，则可以通过电厂设计规划工具进入电厂规划系统界面，从已经加载的常规电厂区域设备、建筑及管道模型库中拖拽式快速搭建，其中，关键的设备、管道间节点能够实现靠近自动连接，完成类似电厂生产工艺流的设备规划搭建。
④对于已有电厂的技改或新增设备区域情况，则可以自行通过模型轻量化及WebGL化处理进行自定义设备、管道和建筑等的三维模型WebGL轻量化上传、压缩及导入自定义的模型库。
⑤自定义设备导入自定义模型库提供多种模式的模型写入。其中一种是第三方厂商提供的二维、三维模型数据，自行定义二三维数据联动绑定，压缩后将WebGL格式的模型导入自定义模型库。另一种是自定义客户专属设计的管道、设备和建筑等，则需要通过C/S架构的本地电厂设备库管理工具进行编辑操作(例如使用设备编辑工具进行已有设备模型的参数修改，变成符合自定义参数的设备、管道或建筑，再进行模型压缩、云化及入库处理)。
⑥完成的云端电厂模型可以通过移动端(例如手机、平板)或者电脑Web(浏览器)端进行展示，并可以通过例如二维码或网址的方式推送给相关干系人进行浏览展示。
⑦规划完的电厂模型，其中需要生产的设备、管道、仪表或钢结构等模型关联设计属性数据自动形成BOM清单，并按照不同的类型(EBOM、MBOM或PBOM)进行导出展示，实现BOM清单一键展示输出Excel或PDF文件。
⑧开放BOM清单的API接口，可以对接第三方的生产执行系统MES和企业资源计划系统ERP。
图4是本发明提供的一种优选实施方式的基于电厂模型轻量化搭建的SaaS系统的软件架构图。参见图4，本发明提供的电厂设计SaaS平台架构主要的功能模块包括PIMCenter Core API Server、中间件计算引擎和通用服务虚拟机框架。具体而言，PIMCenter Core API Server基于各种API的集成与三维可视化展示，包含基于电厂规划布局的电厂在线规划系统、电厂设计SaaS平台与WebGL轻量化展示模块，最终展示在平板、电脑与手机端，后期可以再接入设备实时数据系统，形成电厂运维安全决策支撑的智慧电厂数字孪生平台。
中间件计算引擎包括图形数据库、通用数据库、图数据库以及SDK模块。图形数据库可包含二维图形数据库和三维模型数据库，用于实现不同设备和产品的二维图形(DWG)与三维模型的关联、修改协同以及快速查找调用。二/三维图形压缩引擎提供根据不同关键词查找平面图纸、工程图纸和三维图纸的索引功能。SDK模块提供针对以上计算引擎的二次开发功能模块，满足不同企业/个人对电厂搭建规划的定制化需求。
通用服务虚拟机框架提供底层的内存与数据提供管理功能，包含内存分配、序列化与反序列化、统一数据扩展框架等作用。进一步地，通用服务虚拟机框架包含储存服务、加密解密服务、网络通信服务、操作日志服务，审计服务等功能子模块，是整个电厂设计SaaS云平台内核架构的基础。
可以理解的是，本发明实施例示出的以电厂规划为例的SaaS架构平台仅是作为非限制性实例的说明，实际上本发明所述的基于模型轻量化的SaaS规划设计平台也可适用于包含其他各种建筑形式的厂房搭建规划需求。
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 (10)
1.一种基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，包括：
搭建WebGL轻量化展示模型数据库：
搭建工厂规划所需的三维模型，
对三维模型数据进行轻量化和WebGL化处理，
将WebGL化处理后的三维模型与业务数据整合形成用于用户规划工厂搭建的模型数据库；
根据所述WebGL轻量化展示模型数据库搭建工厂规划SaaS系统：
基于WebGL轻量化展示模型数据库分类出用于用户规划搭建工厂的各类标准数据库，
构建允许用户在模型输出端搭建工厂模型的工厂规划工具，
构建适于用户搭建好的工厂模型的展示平台和生产清单导出工具。
2.根据权利要求1所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述根据所述WebGL轻量化展示模型数据库搭建工厂规划SaaS系统还包括：
构建云端方案审查工具，用于供用户在模型输出端结合二维视图和三维视图进行批注、审阅和/或确认。
3.根据权利要求1所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述对三维模型数据进行轻量化和WebGL化处理包括：
利用图形压缩引擎将工厂规划所需的三维模型进行压缩以实现模型数据的轻量化；
基于轻量化处理后的三维模型文件，完成云渲染配置和资源注册以形成能够展示于模型输出端的渲染模型。
4.根据权利要求1所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述构建允许用户在模型输出端搭建工厂模型的工厂规划工具包括：
提供用于用户执行模型绘制任务的建筑平台绘制工具；
和/或提供用于用户执行楼层模型布局任务的楼层布局工具；
和/或提供用于用户执行设备管道自动搭接的管道生成器。
5.根据权利要求3所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述利用图形压缩引擎将工厂规划所需的三维模型进行压缩以实现模型数据的轻量化包括：
对工厂规划所需的三维模型中的UV贴图和三维模型进行打散管理；
图形压缩引擎对所述三维模型进行体素分解，将存在于三维坐标的三维网格几何体按照设定空间几何体进行分离，并进行压缩纹理图片、压缩顶点数算法和优化索引缓冲区的数据结构优化。
6.根据权利要求3所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述云渲染配置包括：
创建模型云渲染函数，将轻量化处理后的三维模型文件内容渲染在DOM元素或CSS选择器字符串的容器元素内以挂载云渲染模型。
7.根据权利要求3所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述资源注册包括：
对轻量化三维模型中的基础模块进行控制管理；
和/或对轻量化三维模型场景中的对象场景进行控制管理；
和/或对NPC漫游内容进行控制管理；
和/或对基本体素、3D元素进行控制管理。
8.根据权利要求1所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述轻量化包括绝对轻量化和相对轻量化，其中，
所述绝对轻量化通过网格顶点、边、面的删减和统一法向量方向，得到网格优化后的状态；
所述相对轻量化基于场景需要进行模型的传递和加载，针对三维场景中的观察者视角来执行分布式加载。
9.根据权利要求1所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，所述将WebGL化处理后的三维模型与业务数据整合形成用于用户规划工厂搭建的模型数据库包括：
集成生产施工数据文件到三维模型中以形成能够同步展示生产施工数据的轻量化模型；
将对二维视图轻量化处理得到的相关图层中二维对象的唯一识别码写入生产施工数据文件以匹配关联所有场景节点模型中的唯一识别码。
10.根据权利要求1所述的基于模型轻量化的工厂规划SaaS系统搭建方法，其特征在于，还包括：
用户通过其终端向模型渲染服务器提出查看请求，所述模型渲染服务器响应于所述查看请求向用户终端提供第一数据量的第一数字孪生视图；
响应于所述第一数字孪生视图之接收，用户通过其终端选择二维视图中的对象来向所述模型渲染服务器提出第二数据量的第二数字孪生视图的访问请求；
响应于所述访问请求之接收，所述模型渲染服务器向提出查看请求的所述终端请求其网络带宽、分辨率、访问权限和/或访问目的；
所述模型渲染服务器根据所述终端的网络带宽、分辨率、访问权限和/或访问目的来确定第二数据量的规模并向所述终端提供至少两种展示可能性，其中，第一展示可能性与展示速度与性能优化相关联地确定，第二展示可能性与展示细节和编辑访问优化相关联地确定。
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| KR101741038B1 (ko) * | 2017-04-25 | 2017-06-15 | 한국건설기술연구원 | HTML5-WebGL 기반의 BIM 모델 활용을 위한 BIM 데이터 경량화 방법 및 장치 |
| CN110516303A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-29 | 浙江兴土桥梁临时钢结构工程有限公司 | 基于轻量化bim的桥梁施工管理可视化方法及装置 |
| CN112084556A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-15 | 天津大学 | 一种海量数据bim模型的轻量化显示方法及系统 |
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