寧 鑫,劉偉潔,杜彥霞
(中車唐山機(jī)車車輛有限公司,河北 唐山 063000)
三維數(shù)字化工廠可視化系統(tǒng)是根據(jù)虛擬制造的原理,使用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的生命周期中制造,裝配,質(zhì)量控制和測試以及其他功能階段,從而加快產(chǎn)品上市時間,減少資金投入,明顯提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
數(shù)字化工廠就是指使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將工廠集成過程的所有要素進(jìn)行采集映射,從而針對制造過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的改善。該項(xiàng)技術(shù)主要是根據(jù)制造企業(yè)的生產(chǎn)模式,根據(jù)其設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營、管理和銷售情況,使數(shù)據(jù)交換成本減少,提高制造企業(yè)的管理效率。近年來有更多的科研人員都想要依靠先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)時監(jiān)控,通過鏡像映射的方式將離線現(xiàn)實(shí)工廠和在線虛擬工廠表現(xiàn)出來。
工廠廣泛使用的三維設(shè)計(jì)軟件和監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要采用獨(dú)立模式,只能在生產(chǎn)現(xiàn)場或計(jì)算機(jī)上使用相應(yīng)的軟件顯示三維模型或監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。特別是一些專門的3D設(shè)計(jì)軟件,許可證的購買成本非常高,如果大規(guī)模安裝這類軟件可能會明顯增加運(yùn)營和管理成本。由于智能終端越來越復(fù)雜,以往使用特定軟件的工廠數(shù)字化系統(tǒng)已經(jīng)完全不能適應(yīng)當(dāng)下的行業(yè)管理者的要求,為更好的促進(jìn)發(fā)展,整個制造行業(yè)需要建立完善的跨平臺工廠數(shù)字化管理系統(tǒng)。通過建立數(shù)字化工廠系統(tǒng)平臺,能促進(jìn)三維設(shè)計(jì)模型可視化與實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)可視化的有效集成,同時利用可視化系統(tǒng),用戶可以瀏覽工廠的三維場景,并實(shí)時連接到數(shù)據(jù)庫,得到工廠的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)。
當(dāng)下基本所有的客戶端軟件中三維設(shè)計(jì)軟件和監(jiān)控系統(tǒng)軟件都采用的是C/S模式。但是隨著Web技術(shù)的不斷發(fā)展優(yōu)化,柔性B/S模型的使用范圍也越來越廣。本文主要是根據(jù)B/S模式設(shè)計(jì)和研發(fā)出有效的改善方案,主要包括業(yè)務(wù)邏輯層、表示層、數(shù)據(jù)層和服務(wù)層。其中服務(wù)層是系統(tǒng)的核心部分,首先,工廠可視化管理系統(tǒng)的全部業(yè)務(wù)功能都屬于業(yè)務(wù)邏輯層,虛擬制造平臺可以幫助工業(yè)設(shè)備企業(yè)建立設(shè)計(jì)端的模型、仿真端的模型、制造端的模型、服務(wù)端的模型等。通過利用三維激光掃描技術(shù),逆向建模得出3D模型,通過模型優(yōu)化和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)入至虛擬制造臺當(dāng)中。
利用C#腳本實(shí)現(xiàn)交互功能,并作為基于WebGL的三維Web應(yīng)用程序發(fā)布,利用JavaScript,WebGL技術(shù)實(shí)現(xiàn)瀏覽器3D模型的繪制和功能層的交互層。其次,工廠可視化管理系統(tǒng)就是通過表示層進(jìn)行系統(tǒng)錄入以及查詢,系統(tǒng)的用戶界面可以通過網(wǎng)站進(jìn)行自主訪問,選擇對應(yīng)的功能,將用戶的數(shù)據(jù)要求通過業(yè)務(wù)邏輯層傳輸?shù)椒?wù)層,然后和下層的數(shù)據(jù)層相互作用,將用戶的各類要求服務(wù)提示給網(wǎng)站方面的用戶。然后整個管理系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)所需要的全部數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)都是由數(shù)據(jù)層顯示出來的,包括要傳輸?shù)?D場景中的模型數(shù)據(jù)和存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備信息。本文設(shè)立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是MySQL,整個數(shù)據(jù)庫包括傳感器實(shí)時數(shù)據(jù),傳感器歷史數(shù)據(jù)和信息,設(shè)備基本信息,設(shè)備樹結(jié)構(gòu),設(shè)備特性曲線,工單信息,維修記錄等。
圖1 三維可視化工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
三維可視化模塊主要包括自由漫游、自動漫游、主動安全提示等部分。其中自由漫游模塊和自動漫游模塊主要是為用戶提供沉浸式漫游的體驗(yàn)效果,讓用戶通過自由漫游模式能實(shí)時查看到工廠的數(shù)據(jù)變化;另外,用戶漫游到危險設(shè)備周圍區(qū)域時主動安全提示模塊會根據(jù)該區(qū)域安全性對用戶進(jìn)行風(fēng)險提示;值得注意的是,基于達(dá)索系統(tǒng)的虛擬制造平臺支持異構(gòu)CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化功能,優(yōu)化了其三維可視化模塊。這意味著,用戶無論是使用Creo或是NX,在將其保存到虛擬制造平臺后,平臺會對模型自動進(jìn)行數(shù)據(jù)化的持久化存儲。在使用與平臺有關(guān)的其他APP,例如工藝、仿真等軟件時,完全不需要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式,這一較大變化,不僅使得三維可視化模塊得到了優(yōu)化,還使得三維數(shù)字化工廠可視系統(tǒng)更加的先進(jìn)。
靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)實(shí)時數(shù)據(jù)屬于三維數(shù)字化工廠的主要部分,信息的來源均為MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括組件信息和設(shè)計(jì)信息等內(nèi)容,動態(tài)數(shù)據(jù)則包括測點(diǎn)報(bào)警模塊和測點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)模塊,其中三維數(shù)字化工廠運(yùn)行的實(shí)時數(shù)值等重要信息,用戶都可以通過測點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行觀測。而報(bào)警模塊能有效提高三維數(shù)字化工廠對實(shí)時數(shù)據(jù)的利用效果,還能及時分析出可能存在的安全隱患和危險,從而和三維場景進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,如果三維數(shù)字化工廠在運(yùn)行過程中有設(shè)備數(shù)值和規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)有一定差異,那么就會觸發(fā)警報(bào)進(jìn)行提示。警報(bào)觸發(fā)后不僅能快速的告知設(shè)備位置和設(shè)備型號,同時還會將該設(shè)備代碼和設(shè)備名稱等信息顯示出來,從而方便安全管理人員掌握更多的有效信息,提供工作效率。
權(quán)限管理、測點(diǎn)維護(hù)等都屬于系統(tǒng)管理模塊,用于幫助系統(tǒng)維護(hù)和管理。同時根據(jù)不同類型的用戶系統(tǒng)制定相應(yīng)的權(quán)限,基礎(chǔ)用戶只能進(jìn)行個人賬戶信息查詢,高級用戶則可以對系統(tǒng)信息進(jìn)行修改。設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)都是通過許多測點(diǎn)采集整理的,為實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)維護(hù),高級用戶能隨時對測點(diǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理,從而也能進(jìn)一步保障系統(tǒng)內(nèi)的測點(diǎn)和工廠內(nèi)的測點(diǎn)一致。
綜上所述,數(shù)字化工廠可視化系統(tǒng)正在不斷升級優(yōu)化。在虛擬數(shù)字信息規(guī)劃平臺下,憑借全方位的分析能力,豐富的數(shù)據(jù)資源和先進(jìn)的虛擬運(yùn)營環(huán)境,打造全新的工廠商業(yè)化生產(chǎn)模式。因此,數(shù)字化工廠的研究和分析對企業(yè)進(jìn)入先進(jìn)生產(chǎn)領(lǐng)域具有重要意義。