[發明專利]一種基于數字化AR技術的虛擬工廠制造執行系統及方法

有效

• 申請號: 201711381393.5
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN109947052B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王宇;王挺;于海斌;曾鵬;王譯笙
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明公開了一種基于數字化AR技術的虛擬工廠制造執行系統。該系統采用數字化增強現實(AR)技術、數據采集技術，通過控制系統信號的實時傳輸，動態再現生產場景。通過適當的文件配置和少量的編程，系統能在第一時間對工業現場中人、機、料、法、環五大環節發生的實時事件做出與真實場景一致的視覺反應和反饋處理。使用者無論置身何處，只需要通過網絡設備，便可如身臨其現場般，做到對工廠狀況了如指掌，實現工廠中工作指令的發布，遠程可視化監控、達到掌握、指導并控制生產過程的目的。

技術領域

本發明涉及對現實工廠的可視化監控和管理，具體的說是一種數字化AR 技術的虛擬工廠制造執行系統。

背景技術

目前對于工廠的制造執行系統，普通的制造執行系統多采用2D圖片加文字說明的方式來管理生產車間，生產人員可以在圖片上看到生產線的樣子、零部件的裝配方式，通過圖文來理解各種設備的功能以及生產順序。不過這種方式不夠直觀，沒有受過培訓的人僅通過圖文說明很難理解某類設備或工具的使用方法。同時，在日常生產過程中，當工廠發生事件，普通的制造執行系統很難快速、準確定位設備故障位置，從而無法及時排出故障。這些都無形中降低了企業的生產效率，增加了企業的開銷和成本。

而有了虛擬工廠制造執行系統，就可以設置不同的情景提早對生產線進行調整，找到最有效率的解決方案，從被動的計劃改成主動的計劃調整。將物理工廠的運行數據映射到虛擬工廠，從而驅動虛擬工廠運行，工作人員只需要面對虛擬工廠的動態三維模型就能全面掌控工廠中物流運送進度、生產裝配進度、設備運行狀態等工廠事件。

發明內容

針對現有制造執行系統的監控和管理需求，本發明提供了一種基于數字化 AR技術的虛擬工廠制造執行系統。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于數字化AR技術的虛擬工廠制造執行系統，包括過程控制模塊、通訊接口模塊、虛擬增強模塊；

所述過程控制模塊，用于驅動現場設備動作，并采集現場設備的運動狀態；

所述通訊接口模塊，用于實現過程控制模塊和虛擬增強模塊的通信；

所述虛擬增強模塊，用于構建虛擬工廠場景，并根據現場設備的運動狀態實時顯示現場設備動作。

所述過程控制模塊包括PLC、AGV、生產線傳送帶、RFID、傳感器、無線 PDA；現場設備包括PLC、AGV、生產線傳送帶。

所述通訊接口模塊包括OPC-UA接口、WebSocket接口和AJAX接口。

所述虛擬增強模塊包括可視化過程監控模塊、生產訂單跟蹤模塊、場景建模模塊、設備要素建模模塊、3D圖形引擎和平臺架構服務模塊；

場景建模模塊，用于根據對車間現場設備表面進行掃描，得到現場設備的三維坐標，并根據三維坐標構建現場設備模型，實現場景建模；

設備要素建模模塊，用于根據過程控制模塊采集的運動狀態數據，將運動狀態數據與現場設備模型關聯，即現場設備的運動狀態數據轉換成與其對應的現場設備模型的運動軌跡；

生產訂單跟蹤模塊，用于根據生產計劃選擇現場設備；

可視化過程監控模塊，用于獲取生產任務信息并顯示；

3D圖形引擎和平臺架構服務模塊，用于將選擇的現場設備模型根據運動狀態數據進行3D動態顯示。

一種基于數字化AR技術的虛擬工廠制造執行方法，包括以下步驟；

所述過程控制模塊驅動現場設備動作，并采集現場設備的運動狀態；

所述通訊接口模塊實現過程控制模塊和虛擬增強模塊的通信；

所述虛擬增強模塊構建虛擬工廠場景，并根據現場設備的運動狀態實時顯示現場設備動作。