卜濤 廖旭 金濤

摘要：基于MES，通過三維可視化軟件將生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)合車間三維模型直觀展現(xiàn)，建立實(shí)現(xiàn)智能制造前提之一的物理世界數(shù)字化雙胞胎（digital twin），使管理層能對生產(chǎn)過程信息及時(shí)掌握、為決策提供支持，并為數(shù)字世界對物理世界的管控打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：MES;三維可視化;智能制造;數(shù)字化雙胞胎（digital twin）

一、引 言

隨著企業(yè)信息化建設(shè)逐步推進(jìn)，如何有效利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，對有用數(shù)據(jù)進(jìn)行有效挖掘、分析、可視化顯示以實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)管理數(shù)字化、透明化，使各個(gè)生產(chǎn)過程之間的資源和信息科學(xué)配置，使管理層能對生產(chǎn)過程信息及時(shí)有效掌握，并為領(lǐng)導(dǎo)層提供及時(shí)有效決策支持，是信息化建設(shè)到一定程度必須要面臨和解決的問題。

實(shí)現(xiàn)智能制造首先需建立物理世界的數(shù)字化雙胞胎（digital twin），將虛擬照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，并實(shí)現(xiàn)虛擬對現(xiàn)實(shí)的管控。本文基于此思想，通過三維可視化技術(shù)，將我所裝調(diào)MES產(chǎn)生與收集的數(shù)據(jù)直觀展示給用戶，并期望最終能夠三維可視化與MES之間的雙向數(shù)據(jù)交互，控制現(xiàn)場生產(chǎn)。

二、研究思路

1 目的

通過該技術(shù)研究，必將對企業(yè)信息化建設(shè)和管理水平產(chǎn)生極大推動(dòng)作用，具體體現(xiàn)在：

1）提高生產(chǎn)管理水平

2）提高信息化建設(shè)水平

3）提高生產(chǎn)監(jiān)控水平

4）企業(yè)能力和形象展示平臺(tái)

2 三維可視化信息展示需求

本文以某生產(chǎn)線為對象，其具有物流已實(shí)現(xiàn)AGV自動(dòng)配送、具有自動(dòng)測試工作站等特征，基于我所MES功能進(jìn)行展示內(nèi)容分析。

車間三維模型：工位基本情況、車間實(shí)景、車間外部、AGV、自動(dòng)測試工作站

工位可視化：工位運(yùn)行情況，在崗人員、生產(chǎn)產(chǎn)品信息、人員負(fù)荷、已分派任務(wù)、異常信息、工位配置的工裝夾具、工位物料等

物料：庫房，庫房貨架及貨架存儲(chǔ)物品信息、物料所處位置查詢;物流，AGV運(yùn)行情況、動(dòng)畫形式展現(xiàn)

車間異常：超期報(bào)警、質(zhì)量問題報(bào)警、問題反映、人員/工位異常

項(xiàng)目信息查詢：批次或訂單所處狀態(tài)，開完工情況、所處工位等

為滿足管理需求，除三維信息展示外，還需綜合態(tài)勢、運(yùn)行指標(biāo)等信息，統(tǒng)一集成至展示界面。

三、建設(shè)內(nèi)容

1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用中心服務(wù)器+客戶端的架構(gòu)，中心服務(wù)器是一臺(tái)性能強(qiáng)大的圖形工作站，實(shí)時(shí)獲取MES系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行可視化處理，客戶端電腦通過局域網(wǎng)連接中心服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)流進(jìn)行顯示。多個(gè)客戶端可同時(shí)進(jìn)行操作，互不影響。

系統(tǒng)通過接入MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)在可視化仿真平臺(tái)、視景仿真引擎、交互式界面開發(fā)技術(shù)支持下以三維方式直觀形象呈現(xiàn)生產(chǎn)裝配過程和虛擬車間，展現(xiàn)生產(chǎn)車間狀況和主要信息，為管理者提供生產(chǎn)監(jiān)控可視化平臺(tái)和輔助決策信息。

（1）界面和程序框架。

本系統(tǒng)采用以Microsoft WPF為基礎(chǔ)的程序界面，能夠?yàn)檐浖峁┝己玫慕缑嫘Ч挠脩趔w驗(yàn)。界面和程序框架主要是由WPF程序框架、軟件基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)等模塊組成。

（2）界面層

是軟件可視化表現(xiàn)層，主要由兩類功能模塊組成，一類是應(yīng)用管理界面模塊，包括：任務(wù)配置管理界面模塊、界面布局管理;另外一類是三維可視化模塊，是本系統(tǒng)的重要組成部分，為仿真應(yīng)用提供真實(shí)、絢麗的展現(xiàn)畫面。

（3）業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要包括：任務(wù)管理模塊、生產(chǎn)數(shù)據(jù)源接入、廠房車間三維模型仿真、生產(chǎn)裝配信息數(shù)據(jù)可視化、設(shè)備狀態(tài)可視化、生產(chǎn)異常報(bào)警/預(yù)警、質(zhì)量問題報(bào)警數(shù)據(jù)等組成。

（4）引擎層

引擎層是基于視景仿真引擎、可視化仿真框架等技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化開發(fā)平臺(tái)，可為各業(yè)務(wù)專業(yè)可視化應(yīng)用系統(tǒng)提供完整的可視化系統(tǒng)構(gòu)建、運(yùn)行系統(tǒng)管理、運(yùn)行支持。

（5）資源層

是車間可視化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部管理的各種數(shù)據(jù)資源，主要包括：車間及工裝、產(chǎn)品零部件的三維模型數(shù)據(jù)、從MES獲取到的各種生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)等。

2 系統(tǒng)功能

車間可視化監(jiān)控系統(tǒng)采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)廠房、車間逼真三維場景，實(shí)現(xiàn)廠房建筑物三維模型和車間設(shè)備的展示，使管理人員能夠直觀、形象地查看廠內(nèi)所有設(shè)備。系統(tǒng)與現(xiàn)有裝調(diào)MES系統(tǒng)交互聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)工位運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)仿真、真實(shí)、虛實(shí)結(jié)合的三維管理平臺(tái)，系統(tǒng)集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與顯示、異常數(shù)據(jù)報(bào)警/預(yù)警、指揮與監(jiān)控等多功能于一體，是直接面向各級領(lǐng)導(dǎo)及車間管理人員的決策支持系統(tǒng)，對豐富生產(chǎn)監(jiān)控手段、改進(jìn)生產(chǎn)運(yùn)行方法、提高生產(chǎn)運(yùn)行效率和保障生產(chǎn)運(yùn)行安全等具有重要意義。

車間可視化監(jiān)控系統(tǒng)界面規(guī)劃示意

本系統(tǒng)規(guī)劃的系統(tǒng)主界面如下：

規(guī)劃說明：

（1）界面中左側(cè)將顯示綜合生產(chǎn)指標(biāo)態(tài)勢指標(biāo)參數(shù)，如綜合態(tài)勢數(shù)據(jù)：任務(wù)態(tài)勢、訂單批次進(jìn)度、人員在崗比例、人員負(fù)荷情況等;

（2）界面中右側(cè)顯示生產(chǎn)線績效綜合評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)能力數(shù)據(jù)：產(chǎn)品評價(jià)交付周期、計(jì)劃達(dá)成率、準(zhǔn)時(shí)交付率、單位成品時(shí)間、產(chǎn)品直通率等;

（3）中間部分顯示整個(gè)裝配生產(chǎn)線的鳥瞰三維模型，當(dāng)有報(bào)警信息時(shí)，將在本界面進(jìn)行報(bào)警提示;

（4）報(bào)警、預(yù)警、質(zhì)量問題等，其內(nèi)容細(xì)節(jié)將顯示在窗口下方，便于實(shí)時(shí)了解和指揮決策;

（5）用戶可選擇各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)或中間三維車間畫面，進(jìn)入細(xì)節(jié)展示，如選擇車間時(shí)，將全屏顯示整個(gè)車間的三維模型。

五、結(jié)論

基于MES的車間三維可視化監(jiān)控是將不顯性、不直觀的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理信息直觀、顯性展示至管理者面前，是信息化建設(shè)發(fā)展到一定階段必然要進(jìn)行的工作，是智能制造實(shí)現(xiàn)的前提。本文通過對可視化需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)以及未來展望的描述，為大家提供思路，期望引起大家關(guān)注，并一起研究解決其中的技術(shù)難點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]《MES系統(tǒng)及其在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用》，繆海濱，電子與封裝，2005.10

（作者單位：中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所）