一种基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统技术方案

一种基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统，包括基于多种数据库的数据存储模块；仿真模型库模块；生产可视化模块；基于工艺优化算法的数据分析模块；系统功能模块。主要应用与工业机器人智能生产仿真等领域。系统采用SpringBoot作为后端框架，Vue.js作为前端框架，应用成熟的数据库、可视化工具。可解决生产监控停留于数据层面不够直观的问题。可自定义搭建生产线，解决仿真系统拓展性差的问题。针对历史生产数据，建立优化模型，通过相应算法得出分析结果，优化生产过程。系统采用易于部署和远程访问使用的B/S架构。整个系统前后端分离开发，低耦合可独立部署，解决系统跨平台访问的问题。访问的问题。访问的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统


[0001]本专利技术涉及工业互联网及机器人家具喷涂等智能生产线，具体涉及一种基于 WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统。
技术背景
[0002]自2013年德国工业4.0概念正式提出以来，世界各国均出台相关战略决策， 旨在抓住新一轮技术发展契机，加速完成工业生产的转型升级，提升本国实体制 造产业的竞争力。先进制造高速发展背景下，优先完成转型将意味着在未来世界 市场竞争中处于有利位置，刺激本国经济发展，提升新经济格局下国家硬实力和 话语权。
[0003]智能制造蓬勃发展催生的工业互联网及其应用平台，近年来在工业生产生命 周期中扮演着越来越重要的角色。所谓工业互联网是互联网技术在传统工业系统 中的新型应用形式，其模型按技术架构从底至上可被抽象为“设备、网关、边缘 计算、网络平台、企业应用”5个层次，其中网络平台需承担现场设备可视化管 理、生产数据采集分析以及安全支撑等功能。
[0004]当下工业生产线仿真系统往往都扎根于某个行业中，面向领域专一化，缺少 拓展性；此外对生产过程的监控往往停留于数据层面，缺少对实际现场的直观展 现，无法模拟运行，不具备提前评估预测能力；而一些具备仿真能力的平台则大 多应用重型引擎开发，运行在PC平台，灵活性差，使用成本高。现有的一些应 用WebGL的系统平台主要面向地理位置、建筑设计等信息展示。如吴越等在一 种基于社区业务中台与数据中台结合BIM的社区实时孪生系统[ZH]中使用 WebGL对社区内部位置信息进行了三维化的展示；孙上等在一种基于智慧建筑 的全景三维交互混合现实方法[ZH]中，提出了一种应用WebGL进行建筑结构三 维化展示的方法。而例如ThingJS以及HT For Web等应用WebGL技术的商业化 软件，他们更多的是提供工业相关的模型组件和模拟动画，进行工业场景运行展 示，无法动态按照实际需求进行场景的编辑，也无法接收实际生产线上的实时数 据进行真实的数字孪生仿真和虚拟调试。因此亟需一种基于WebGL技术的工业 机器人智能生产线仿真系统，可根据实际需要编辑场景内容，接收实际生产数据， 进行仿真运行和虚拟调试。

技术实现思路

[0005]本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于WebGL的工业机器人智 能生产线仿真系统。
[0006]首先该系统可解决生产监控停留于数据层面不够直观的问题。其次可自定义 搭建生产线，按照实际需求进行场景编辑，动态调整生产线模型的数量、相对位 置、周边环境等，解决仿真系统拓展性差的问题。编辑完成的生产线仿真场景可 以接收真实生产线的实时运行数据，进行1：1的数字孪生仿真运行，并且场景 可以JSON文件的格式保存在数据库中，支持重复编辑。针对历史生产数据，建 立优化模型，通过相应算法得出分析结果，优化生产过程。最后采用易于部署和 远程访问使用的B/S架构。整个系统前后端分离开发，低耦
合可独立部署，解决 系统跨平台访问的问题。
[0007]本专利技术为解决现有技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统，包括基于多种数据库 的数据存储模块；仿真模型库模块；生产可视化模块；基于工艺优化算法的数据 分析模块；系统功能模块。
[0009]所述数据存储模块主要接收用户上传数据和生产现场设备运行数据。用户上 传数据主要是一些模型数据，提供给仿真模型库模块，做常规检索与查看；现场 设备数据输出给生产可视化模块，实现3D仿真生产线的同步运行以及数据监控 大屏的数据更新。
[0010]所述仿真模型库模块接收用户输入的工业机器人等3D模型文件和模型相关 参数信息，将模型文件本身存入数据存储模块中的文件数据中，将模型相关信息 存入关系型数据库中。当用户需要查找下载及使用相关模型时，从数据存储模块 中取出模型数据，在前端页面通过3D引擎进行渲染展示。
[0011]所述生产可视化模块下分两个部分：数据面板和生产线数字孪生。数据面板 部分接收来自数据存储模块中的现场生产数据，对数据进行整合处理后，输出到 前端页面上如Echarts等数据可视化组件。生产线数字孪生部分首先可以获取仿 真模型库模块中用户上传的3D模型，按照实际需求，自定义编辑仿真生产线场 景，编辑完成的场景按照JSON文件格式存入数据库模块中，支持重复打开编辑。 其次，编辑好的仿真生产线可以接收数据存储模块的现场数据，通过高速网络传 输到前端模型关节接口，实时更新3D仿真生产线中的模型姿态位置，达到与现 场设备同步运行的目的，实现数字孪生。仿真生产线也可以接收编译后的工业机 器人代码数据，提前预演产线运行状况，实现产线仿真功能。
[0012]所述数据分析模块调用数据存储模块中存储的设备、原材料及产品数量等生 产历史数据，应用第三方数据处理库，建立相应的数据分析模型，再应用常见的 成熟大数据算法，分析模型得到数据分析结果，以文本形式输出到前端页面，展 示如生产工艺效率等结果，提供生产优化建议。
[0013]所述系统功能模块主要实现一些系统通用的基础功能。主要输入数据为数据 存储模块中的用户信息、登录日志等常规信息，以表格形式展示到前端页面。同 时系统管理院可再前端界面输入操作指令，进行信息的查看编辑和删除等，并将 修改后的信息数持久化到数据存储模块。
[0014]本专利技术的优点和积极效果是：
[0015]1.设计实现的基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统，能够为一般 化的生产线提供生产优化支撑，降低运行风险，提升生产效率。
[0016]2.将WebGL技术应用于工业仿真领域，区别与一般的3D展示平台，本发 明设计实现的系统可以自定义编辑仿真生产线的布局方案，接收实际的生产数据 进行仿真运行，支持生产线场景持久化保存和重复编辑。
[0017]3.应用工业大数据算法，将不同种类的数据分类处理，提供可拓展的模型存 储应用平台，实现对生产过程的数据化分析和数据价值提取展示。
[0018]4.系统采用B/S架构，部署在云端，方便远程操作。前后端完全分离开发， 易于维护和拓展；一个后端服务器可支持不同平台使用，Web端使用图形化界面， 组件式开发，应用成熟可视化插件，提升交互性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的系统软件架构图。
[0020]图2为本专利技术的硬件系统架构图。
[0021]图3为本专利技术系统功能逻辑框图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本专利技术的实施做进一步详述。
[0023]参照图1，一种基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统，整个软件 系统按照功能一共可以分为5个模块：数据存储模块、生产可视化模块、仿真模 型库模块、数据分析模块和系统功能模块。数据存储模块主要包含关系型数据库 MySQL、缓存数据库Redis和文件数据库。根据系统中各类数据的不同特点存入 适合的数据库中，MySQL存普通的关系型数据如用户信息、模型信息等；Red本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于WebGL的工业机器人智能生产线仿真系统，包括基于多种数据库的数据存储模块；仿真模型库模块；生产可视化模块；基于工艺优化算法的数据分析模块；系统功能模块。所述数据存储模块主要接收用户上传数据和生产现场设备运行数据。用户上传数据主要是一些模型数据，提供给仿真模型库模块，做常规检索与查看；现场设备数据输出给生产可视化模块，实现3D仿真生产线的同步运行以及数据监控大屏的数据更新。所述仿真模型库模块接收用户输入的工业机器人等3D模型文件和模型相关参数信息，将模型文件本身存入数据存储模块中的文件数据中，将模型相关信息存入关系型数据库中。当用户需要查找下载及使用相关模型时，从数据存储模块中取出模型数据，在前端页面通过3D引擎进行渲染展示。所述生产可视化模块下分两个部分：数据面板和生产线数字孪生。数据面板部分接收来自数据存储模块中的现场生产数据，对数据进行整合处理后，输出到前端页面上如Echarts等数据可视化组件。生产线数字孪生部分首先可以获取仿真模型库模块中用户上传的3D模型，按照实际需求，自定义编辑仿真生产线场景，编辑完成的场景按照JSON文件格式存入数据库模块中，支持重复打开编辑。其次，编辑好的仿真生产线可以接收数据存储模块的现场数据，通过高速网络传输到前端模型关节接口，实时更新3D仿真生产线中的模型姿态位置，达到与现场设备同步运行的目的，实现数字孪生。仿真生产线也可以接收编译后的工业机器人代码数据，提前预演产线运行状况，实现产线仿真功能。所述数据分析模块调用数据存储模块中存储的设备、原材料及产品数量等生产历史数据，应用第三方数据处理库，建立相应的数据分析模型，再应用常见的成熟大数据算法，分析模型得到数据分析结果，以文本形式输...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹鑫燚，郑坤，王犇，赵嘉楠，应皓哲，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：