自動化車間3D可視化設計思路

隨着國內制造業企業的高速發展，再加上政策支持，高效的生產模式和先進的管理方式越來越受到企業重視。更多的企業將工業信息化技術進行廣泛的應用，比如MES系統、數字孿生以及生產管理可視化等技術的研究應用。
近期我們團隊利用自主開發的大屏編輯器與3D編輯器結合做了一個智能實驗室三維可視化平台項目。
在這個智能實驗室三維可視化平台里主要支持下列功能：

• 智能巡檢
• 設備自動告警
• 實時視頻監控
• 實時數據的展示
• 數據融合
• 動畫視角的自動切換
• 任務的進度展示

全局自動巡檢可視化

頁面初始化后，畫面視角自動移動開始智能巡檢。通過動畫和鏡頭拉近的配合可以看到每一個工位。

設備可視化

當巡檢到設備點位時，通過3D技術，實現對設備結構、運行參數的可視化。無需耗費人力成本，即可獲取設備運行狀態，生產狀態等詳細信息。

告警可視化

設備發生故障時，除了通過三維可視化平台獲取故障信息外，平台支持異常告警並及時推送告警信息，幫助操作人員迅速做出應對。也可以調用附近監控攝像機畫面彈窗，檢查是否現場操作不當或其它現場因素導致故障。

任務可視化

通過3D技術，可查看每個檢測任務的進度情況，可以清晰的看出每個設備的的利用率以及設備與檢測進度的關系。

設備動畫

 
中間是一個三維場景，三維場景作為iframe頁面嵌入在2D大屏中，所有的通信都是通過window.postMessage機制來完成。3D部分使用我們團隊自主開發的3D編輯器編輯而成，兩側是一些大屏元素，使用我們團隊自主開發的大屏編輯器編輯而成。

設計淺析

本項目和以往的項目不同。很多項目中三位大屏可視化的交互大部分都是通過點擊完成交互，比如點擊2D的數據3D部分會完成鏡頭動畫動作，或者點擊3D部分的設備會有billboard彈框彈出。
這個項目的不同點同時也是關鍵點就在於通過數據驅動去實現整個可視化系統的自動化。
如何做到通過數據驅動去推動可視化系統的自動化。

業務層面

很重要的一點是我們要很了解項目的業務邏輯。
首先在工序上串行還是並行，是否要按照順序按步驟進行。比如必須是工位1完成后才能到工位2，然后工位3...依次進行。
第二點是在是否存在回頭路，也就是說一個工位在一次任務中是否會涉及到多次利用。
第三點是數據之間的關聯。這關乎於3D與2D之間在業務層面的交互是否符合真實場景。
畢竟任何可視化產品的基本原則都是幫助用戶能更清晰的觀察工業流程和實現可視化管理。

功能層面

在弄清楚業務層面的前提下，我們就要開始設計如何實現本項目中的需求。
我們根據CAD圖紙以及視頻、照片，通過建模還原實際場景。

設備動畫

在可視化產品中，現在越來越多的需求不只是滿足於還原真實場景這個層面。大家都希望看到的是動態的，最好是能還原真實動畫的模型。這樣在整個三維場景中會比靜態的三維場景要更加逼真，還原度更高。所以我們會在模型中加入結合實際的設備骨骼動畫，不同的設備結合真實場景中的設備會有其對應的部位動畫。

巡檢路線設計

實際場景還原后，根據坐標軸來設計鏡頭動畫。我的想法是先設計一條完整的鏡頭動畫線，這條線的路線可以看到每個工位，鏡頭在這條路線上來回巡檢。巡檢模式下的鏡頭角度為俯視角度，能更好的看清每個工位。

路線切分

因為要突出的是自動化，只有單純的巡檢還遠遠不夠，在此基礎上根據業務邏輯，可以在這條巡檢動畫路線上增加一些節點。這個節點就是工位節點，當到了這些節點時，我的想法是鏡頭動畫會focus到具體的一個工位上，等於是把一條完成的路線進行切分。同時2D這邊也會根據這個節點的數據驅動產生交互呈現業務需求。
滿足這兩點后，一個比較基礎的三維可視化自動化平台的就已經初見雛形。

設備告警

借來下是設計設備告警。
由於設備告警這類事件是一個突發性的偶然事件，但同時從業務層面上來說它是一個緊急性事件。所以當推送的數據中有發生告警事件，那么它的優先級是相對於其他事件的優先級是要高的。所以當有告警事件發生時，2D部分在數據中會以數據標紅呈現，3D部分會自動定位到發生告警的設備上，同時暫時停掉其他的鏡頭動畫，開啟設備工位旁的攝像頭獲取真實場景中的現場情況以便管理人員能及時做出決策。

任務進度

在以上這些的基礎上，我們需要體現出每個設備在某一個任務中的進度情況。這個任務進度情況，就是上面提到的工序。每一個人任務都會有自己的工序，考慮到不同工序的問題。所以在設計這個功能需求時，我將任務中要經過的工位設備進行連線，采用流動的效果體現任務的進行。用顏色的已經亮光來表現任務的實時進度。同時同時間內不會只有一個任務在進行，這樣設備的利用率太低，所以會有多個任務在進行。但是在呈現任務進度這個功能時，會根據不同的工位設備依次呈現不同的任務進度相互切換，避免3D場景眼花繚亂分辨不清。

總結

本次項目是一個非常好的嘗試，利用數據驅動三維可視化的自動運轉與交互。當然以上我分享的只是此項目中較為有代表的一部分，整個項目構成的是一個可視化管理系統，我就不展開詳細討論了。
目前這個項目的嘗試也比較成功，反饋比較好。在工業化的概念里，但凡涉及到車間、工廠、流水線、制造等諸如此類的可視化系統，都是可以用這樣的設計邏輯去設計和開發。
 
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