基于Godot引擎的設(shè)備管理可視化系統(tǒng)研究

摘 ?要：隨著生產(chǎn)需求的膨脹，生產(chǎn)設(shè)備體量迅速擴(kuò)張，呈現(xiàn)出智能化、自動(dòng)化、環(huán)?；劝l(fā)展趨勢(shì)，生產(chǎn)設(shè)備的健康運(yùn)行對(duì)于保證生產(chǎn)節(jié)奏的穩(wěn)健有序至關(guān)重要。同時(shí)其管理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理環(huán)節(jié)較多，管理人員特別是一線(xiàn)維保人員在作業(yè)過(guò)程中急需功能強(qiáng)大的輔助工具來(lái)協(xié)助其管理設(shè)備。在設(shè)備全生命周期管理的理論基礎(chǔ)上，依托Godot開(kāi)發(fā)引擎，對(duì)設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行可視化研究，并將其部署在移動(dòng)設(shè)備上，可為相關(guān)人員的管理工作提供有效的幫助，極大地提高了設(shè)備管理的工作效率。

關(guān)鍵詞：設(shè)備管理；Godot；3DMax；智能化系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）16-0130-04

Research on Equipment Management Visualization System Based on Godot Engine

HAN Jiageng

（Tang Steel International Engineering Technology Co.， Ltd.， Tangshan ?063000， China）

Abstract： With the expansion of production demand， the volume of production equipment is rapidly expanding， showing development trends of intelligence， automation， and environment-friendly. The healthy operation of production equipment is crucial to ensure the stable and orderly production rhythm. At the same time， its management structure is complex and there are many management links. Management personnel， especially frontline maintenance personnel， urgently need powerful auxiliary tools to assist them in managing equipment during the operation process. Based on the theory of device lifecycle management， relying on the Godot development engine， visualizing the device management system and deploying it on mobile devices can provide effective assistance for relevant personnel in their management work， greatly improving the efficiency of device management.

Keywords： device management; Godot; 3DMax; intelligent system

0 ?引 ?言

在Godot引擎平臺(tái)上搭建設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，一方面可以使設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)可視化，使一線(xiàn)維保人員，尤其是初級(jí)維保人員能夠迅速地、直觀地把握設(shè)備維保要點(diǎn)；另一方面源自Godot引擎的多平臺(tái)擴(kuò)展性，可以使設(shè)備管理系統(tǒng)運(yùn)行在各類(lèi)固定及移動(dòng)設(shè)備上，能夠有效提高設(shè)備管理的效率?；贕odot引擎搭建設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)是本文研究的主要目的。

1 ?設(shè)備全生命周期管理

1.1 ?設(shè)備全生命周期管理需求

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)日新月異的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備也呈現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、環(huán)保型等發(fā)展趨勢(shì)，企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的體量也隨之迅猛膨脹。在企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，對(duì)于設(shè)備的智能化管控、管理，包括規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、監(jiān)測(cè)、維修等存在疏忽或考慮不周的短板[1]，生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況好壞，不僅直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和成本費(fèi)用，甚至?xí)斐芍卮笤O(shè)備損壞和人員傷亡等惡性事故的發(fā)生[2]。同時(shí)，大數(shù)據(jù)概念日漸深入人心，大數(shù)據(jù)挖掘與分析貫穿于設(shè)備生產(chǎn)制造的過(guò)程中，如設(shè)備運(yùn)行、設(shè)備點(diǎn)巡檢、設(shè)備維修、設(shè)備維護(hù)、在線(xiàn)診斷、設(shè)備改造，以及售后服務(wù)、知識(shí)庫(kù)、經(jīng)驗(yàn)卡等，這對(duì)設(shè)備的智能化、科學(xué)化管理提出了更高的要求。

1.2 ?設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)組成

設(shè)備全生命周期管理主要包含以下幾個(gè)部分：設(shè)備規(guī)劃、設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備運(yùn)輸、設(shè)備庫(kù)管理、安裝、調(diào)試、日常監(jiān)測(cè)、日常維護(hù)等[3]。其中設(shè)備規(guī)劃包括對(duì)已有設(shè)備的維修、更換計(jì)劃的制訂，以及根據(jù)生產(chǎn)工藝升級(jí)而新增的設(shè)備種類(lèi)、型號(hào)的需求計(jì)劃制訂；設(shè)備采購(gòu)是指根據(jù)設(shè)備規(guī)劃所制訂的預(yù)見(jiàn)性的采購(gòu)計(jì)劃；設(shè)備運(yùn)輸需據(jù)采購(gòu)及到貨狀況、現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存現(xiàn)狀、設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)等并按照設(shè)備運(yùn)輸要求將計(jì)劃內(nèi)設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)；設(shè)備庫(kù)存管理需根據(jù)在線(xiàn)及離線(xiàn)設(shè)備種類(lèi)、型號(hào)制訂庫(kù)存清單，并對(duì)離線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行庫(kù)號(hào)、出廠(chǎng)日期、維護(hù)安裝要點(diǎn)等記錄登記；設(shè)備的安裝、調(diào)試、日常監(jiān)測(cè)及維護(hù)需根據(jù)設(shè)備廠(chǎng)家出具的設(shè)備說(shuō)明資料進(jìn)行作業(yè)施工，并記錄整個(gè)作業(yè)過(guò)程。

1.3 ?設(shè)備全生命周期管理過(guò)程常見(jiàn)問(wèn)題

在整個(gè)管理過(guò)程中，設(shè)備維保人員在各個(gè)環(huán)節(jié)需要操作多種設(shè)備（包括但不限于終端點(diǎn)檢設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)、各類(lèi)通信設(shè)備）[4]，目前維保人員的工作常態(tài)為：利用手持式點(diǎn)檢設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)巡視的過(guò)程中對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行手動(dòng)錄入，等待巡視過(guò)程結(jié)束后，返回室內(nèi)辦公場(chǎng)所，利用個(gè)人計(jì)算機(jī)上傳設(shè)備狀態(tài)信息，同時(shí)利用SAP系統(tǒng)對(duì)設(shè)備管理信息進(jìn)行查詢(xún)，或利用個(gè)人手機(jī)撥打電話(huà)詢(xún)問(wèn)相關(guān)人員，管理過(guò)程煩瑣，占用大量工作時(shí)間，極大地影響維保人員的精神狀態(tài)，對(duì)設(shè)備維保人員的整個(gè)工作效率產(chǎn)生不利影響。當(dāng)有新員工入廠(chǎng)時(shí)，由于自身閱歷等原因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)基數(shù)較大的設(shè)備不能夠做到快速掌握，導(dǎo)致在點(diǎn)檢環(huán)節(jié)中造成對(duì)設(shè)備關(guān)鍵維保位置的遺漏，產(chǎn)生安全生產(chǎn)隱患。

2 ?Godot可視化系統(tǒng)引擎

2.1 ?產(chǎn)品介紹

除Godot外，市面上使用較多的可視化系統(tǒng)制作引擎，還有諸如Unity3D、虛幻引擎4、IW引擎，等等。相比其他制作引擎，Godot以其特有的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)使其具有編程邏輯清晰、操作方便的特點(diǎn)，從而被本文采用。如圖1所示。

Godot可用于開(kāi)發(fā)2D和3D可視化客戶(hù)端，在平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能夠賦予開(kāi)發(fā)者更靈活的選擇性；此外，Godot具備基于物理的動(dòng)畫(huà)編輯功能，可在平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程中用于對(duì)需要做動(dòng)態(tài)展示的部分進(jìn)行編輯；除特有的GDScript外，Godot同時(shí)支持對(duì)應(yīng)用范圍比較廣的C#語(yǔ)言進(jìn)行腳本編譯，大大降低了學(xué)習(xí)難度；使用Godot內(nèi)置編輯器，自帶的UI編輯系統(tǒng)在項(xiàng)目測(cè)試過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)載入代碼和場(chǎng)景，極大地減少了重復(fù)性工作的工作量；本文主要看重的是Godot出色的跨平臺(tái)發(fā)布能力，這使得后續(xù)的系統(tǒng)研究具有更多的選擇性。目前Godot支持發(fā)布的平臺(tái)有移動(dòng)平臺(tái)（iOS、Android）和桌面平臺(tái)（Windows、macOS、Linux、UWP、BSD、Haiku），使用HTML5和WebAssembly導(dǎo)出到Web以及VR平臺(tái)?；贕odot引擎出色的多平臺(tái)發(fā)布功能，本文所述的承載可視化系統(tǒng)的硬件設(shè)備得以部署在移動(dòng)端，這一舉措使得便攜式用戶(hù)端得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而為后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸提供硬件及軟件支撐。

2.2 ?基于Godot的設(shè)備管理可視化系統(tǒng)

基于設(shè)備全生命周期管理環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行如圖2所示的規(guī)劃。

用戶(hù)終端為移動(dòng)設(shè)備，部署在維保人員身上，通信使用TCP/IP協(xié)議通過(guò)覆蓋全域的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)服務(wù)器部署在廠(chǎng)區(qū)工程師站，同樣通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

用戶(hù)終端包括圖像采集設(shè)備、設(shè)備模型、顯示設(shè)備以及可操作的信息處理設(shè)備。后臺(tái)服務(wù)器內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備管理各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，包括但不限于設(shè)備規(guī)劃計(jì)劃表、設(shè)備采購(gòu)計(jì)劃單、設(shè)備運(yùn)輸時(shí)刻表、設(shè)備庫(kù)庫(kù)位信息表、設(shè)備安裝時(shí)間表、設(shè)備調(diào)試時(shí)間表、設(shè)備日常監(jiān)測(cè)信息登記表、設(shè)備日常維護(hù)記錄單等，各類(lèi)表單有相關(guān)負(fù)責(zé)人手動(dòng)錄入[5]。

3 ?可視化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 ?系統(tǒng)介紹與開(kāi)發(fā)

將可視化系統(tǒng)部署在維保人員可穿戴終端上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)將設(shè)備管理其余各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)投放到終端上，供維保人員隨時(shí)查看其他管理環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)信息。設(shè)備管理各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，均可顯示在維保人員可穿戴終端上，設(shè)備服務(wù)器僅負(fù)責(zé)存儲(chǔ)及傳遞各環(huán)節(jié)信息。數(shù)據(jù)傳輸流程如圖3所示。

項(xiàng)目系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要分為以下三個(gè)階段：資料收集階段、模型繪制階段、系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)階段，具體介紹如下。

3.1.1 ?資料收集階段

本階段資料收集內(nèi)容包括：設(shè)備管理環(huán)節(jié)信息、設(shè)備管理統(tǒng)一設(shè)備編碼、各類(lèi)設(shè)備影像資料等。設(shè)備管理環(huán)節(jié)信息用于組建系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)置管理權(quán)限；由于后期開(kāi)發(fā)時(shí)作為設(shè)備唯一性識(shí)別標(biāo)識(shí)，設(shè)備編碼的編制應(yīng)在項(xiàng)目初期與建設(shè)單位做好溝通，按照統(tǒng)一性原則分類(lèi)編撰，做到規(guī)律性和統(tǒng)一性原則；設(shè)備影像具體為設(shè)備靜態(tài)圖像和設(shè)備動(dòng)態(tài)影像，設(shè)備靜態(tài)圖像用于后期利用建模軟件制作設(shè)備模型，設(shè)備動(dòng)態(tài)影像為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中拍攝，用于后期開(kāi)發(fā)過(guò)程中做設(shè)備分析使用。此階段為現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)采集階段，應(yīng)務(wù)必做到詳細(xì)、準(zhǔn)確，為后期開(kāi)發(fā)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.1.2 ?模型繪制階段

本階段任務(wù)為根據(jù)資料收集階段采集的設(shè)備圖像利用3DMax模型軟件建立設(shè)備三維模型。本階段實(shí)施過(guò)程中應(yīng)在準(zhǔn)確性、易識(shí)別性原則下，盡量縮小模型繪制體量，減小系統(tǒng)運(yùn)算負(fù)荷，提高系統(tǒng)運(yùn)行流暢性。

3.1.3 ?系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)階段

系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)依托Godot開(kāi)發(fā)引擎，根據(jù)資料采集階段獲得的設(shè)備管理環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、前端數(shù)據(jù)錄入端、前端維保用戶(hù)客戶(hù)端，服務(wù)器用于存儲(chǔ)管理環(huán)節(jié)信息；錄入端為PC平臺(tái)客戶(hù)端，服務(wù)于除現(xiàn)場(chǎng)一線(xiàn)維保人員外的管理人員錄入相關(guān)管理信息；維?？蛻?hù)端發(fā)布在Android平臺(tái)，服務(wù)于一線(xiàn)維保人員，用于查看各類(lèi)環(huán)保信息以及錄入設(shè)備維保記錄。其中服務(wù)器開(kāi)發(fā)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)按照管理環(huán)節(jié)建立各類(lèi)表單，預(yù)留表單容量用于存儲(chǔ)管理信息；錄入端及維保客戶(hù)端基于Godot引擎開(kāi)發(fā)。錄入端開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)述為：創(chuàng)建二維空間節(jié)點(diǎn)，添加信息錄入及查詢(xún)窗口，添加按鈕，設(shè)置按鈕功能。維?？蛻?hù)端開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)述為：創(chuàng)建三維空間節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建基于3D貼圖格地圖子節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)入設(shè)備模型，添加按鈕，設(shè)置按鈕功能。錄入端及維?？蛻?hù)端與數(shù)據(jù)庫(kù)的信息交互通過(guò)Godot SQlite插件實(shí)現(xiàn)，按照功能需求，創(chuàng)建寫(xiě)入及查詢(xún)腳本，腳本完成后，在主畫(huà)面找到相應(yīng)功能按鈕，將腳本添加至功能按鈕實(shí)現(xiàn)按鈕功能。

3.2 ?系統(tǒng)功能介紹

3.2.1 ?設(shè)備顯示功能實(shí)現(xiàn)方案

本文所述設(shè)備顯示功能實(shí)現(xiàn)方案基于Godot開(kāi)發(fā)引擎實(shí)現(xiàn)，Godot可以用于開(kāi)發(fā)2D或3D管理平臺(tái)。利用其3D開(kāi)發(fā)能力，將設(shè)備映像立體化，同時(shí)在設(shè)備關(guān)鍵部位進(jìn)行醒目顯示，并伴有設(shè)備關(guān)鍵信息，以初步實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維檢時(shí)的輔助功能[6]。

Godot支持OBJ格式的建模文件，這使得系統(tǒng)搭建過(guò)程中可以利用市面上較常見(jiàn)3DMax等建模工具，利用建模工具的基礎(chǔ)建模和渲染功能使得設(shè)備模型具備更多的顯示細(xì)節(jié)，同時(shí)可以提高項(xiàng)目建設(shè)的工作效率。

3.2.2 ?設(shè)備維檢操作功能設(shè)計(jì)

終端設(shè)備具有以下功能：設(shè)備信息采集功能、設(shè)備3D圖像顯示功能、系統(tǒng)查看功能、無(wú)線(xiàn)通信功能。具體介紹如下：

1）設(shè)備信息采集功能：在現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)計(jì)階段，為每個(gè)設(shè)備制定設(shè)備編碼，作為此設(shè)備的專(zhuān)屬標(biāo)識(shí)，操作人員通過(guò)掃描設(shè)備條形編碼，獲得設(shè)備信息[7]，通過(guò)比對(duì)設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)與之關(guān)聯(lián)的相關(guān)信息。

2）設(shè)備3D圖像顯示功能：在獲得設(shè)備相關(guān)信息后，維保終端從云端服務(wù)器獲得設(shè)備影像，并將設(shè)備3D圖像投放到穿戴終端上。顯示設(shè)備除顯示設(shè)備3D模型外，還將在3D模型上對(duì)關(guān)鍵的維保部位進(jìn)行特殊標(biāo)記，如做醒目顏色標(biāo)記、顯示維保作業(yè)內(nèi)容、設(shè)備維保各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，同時(shí)將設(shè)備上線(xiàn)信息等作簡(jiǎn)單說(shuō)明，輔助維保人員快速識(shí)別維保要點(diǎn)，提高作業(yè)效率。顯示內(nèi)容可通過(guò)穿戴終端進(jìn)行調(diào)整，避免因信息堆疊造成維保人員識(shí)別困難[8]。設(shè)備狀態(tài)展示如圖4所示。

圖4 ?設(shè)備狀態(tài)展示

3）系統(tǒng)查看功能：獲得設(shè)備信息后，操作人員除可以通過(guò)顯示終端簡(jiǎn)單瀏覽設(shè)備信息外，還可通過(guò)連接在終端上的附件設(shè)備，對(duì)設(shè)備詳細(xì)信息進(jìn)行查看。查看內(nèi)容為通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸，從后臺(tái)服務(wù)器獲取的設(shè)備管理各環(huán)節(jié)同步信息[9]，便于操作人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備管理動(dòng)態(tài)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的提前規(guī)劃；同時(shí)終端上的附件設(shè)備還支持設(shè)備狀態(tài)的錄入，并將錄入結(jié)果投放到終端顯示設(shè)備上。此功能能夠輔助操作人員第一時(shí)間完成維檢過(guò)程的信息錄入，可以進(jìn)一步減少維保人員的工作量，同時(shí)可降低信息錄入過(guò)程的錯(cuò)誤率，保證作業(yè)效率[10]。維檢人員錄入的維檢信息將實(shí)時(shí)同步到后臺(tái)服務(wù)器，設(shè)備管理的其他環(huán)節(jié)管理人員能夠在第一時(shí)間獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息，此功能的實(shí)現(xiàn)能夠大幅度減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，極大提高設(shè)備全生命周期管理的工作效率[11]。系統(tǒng)查看內(nèi)容展示如圖5所示。

4）無(wú)線(xiàn)通信功能：在用戶(hù)終端上安裝無(wú)線(xiàn)通信模塊，使設(shè)備具備無(wú)線(xiàn)通信功能。通過(guò)對(duì)用戶(hù)的日常工作進(jìn)行觀察研究，發(fā)現(xiàn)維檢人員日工作周期內(nèi)[12]，對(duì)維保記錄的上傳占用時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)在巡視設(shè)備過(guò)程中，不能及時(shí)有效的查閱設(shè)備上線(xiàn)時(shí)間、設(shè)備更換記錄、采購(gòu)備件物流信息等關(guān)鍵信息，在工作的過(guò)程中造成極大不便。無(wú)線(xiàn)通信功能上線(xiàn)后，支持用戶(hù)實(shí)時(shí)錄入維檢記錄，并同步至后臺(tái)服務(wù)器，同時(shí)支持在線(xiàn)查詢(xún)?cè)O(shè)備管理環(huán)節(jié)各類(lèi)信息，可以有效輔助用戶(hù)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備管理動(dòng)態(tài)，幫助用戶(hù)更好地進(jìn)行管理決策。

4 ?結(jié) ?論

本文是為提高現(xiàn)場(chǎng)維保人員在設(shè)備全生命周期管理工作中的工作效率而進(jìn)行的研究，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重心在于便攜式以及系統(tǒng)的可視化。便攜式終端為用戶(hù)提供較高的便捷性，同時(shí)系統(tǒng)的可視化提供了很好的輔助功能。本文所述可視化系統(tǒng)是基于Godot引擎開(kāi)發(fā)得來(lái)，在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)Godot引擎對(duì)于系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)可以提供很好的支持，但是Godot引擎在模型處理方面稍顯薄弱，后續(xù)應(yīng)繼續(xù)探索其他引擎的開(kāi)發(fā)，以適應(yīng)不同的用戶(hù)要求。

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作者簡(jiǎn)介：韓佳庚（1988—），男，漢族，河北唐山人，工程師，本科，研究方向：自動(dòng)化。