智能制造产线数字孪生与生产过程实时可视化系统

技术信息

语言技术
C#、Redis、HTTP、Unity3D、IoT系统类型
Windows行业分类
工业互联网、机器人

作品详情

行业场景

立项原因：
随着智能制造和工业自动化的发展，制造产线逐渐引入数控加工中心、工业机器人、AGV、自动化输送线及智能仓储等设备。但各类设备的数据相对独立，设备状态、加工任务及物料流转信息分散，缺乏统一的可视化监控手段。传统二维看板难以直观展示设备协同作业、物料跨区域流转及生产过程。为此，建设基于真实设备数据驱动的数字孪生系统，实现设备状态、物料信息、加工任务及生产进度的实时映射与集中监控，提升生产过程的透明度和管理效率。
项目旨在解决的问题：
1、解决不同设备状态分散、信息查看不便的问题。
2、生产过程不透明。通过三维场景实时呈现设备运行状态、加工区域工作情况以及生产任务执行进度，使管理人员能够直观了解产线当前运行情况。
3、物料流转过程难以追踪。建立物料托盘与生产任务、加工区域之间的关联关系，实时展示托盘所在位置、承载物料信息、当前加工工序、加工状态及后续流转情况，实现物料在整条产线中的可视化追踪。
4、设备协同作业过程不直观。将机械臂、AGV、输送线及加工设备的运行状态进行联动展示，反映设备之间的协作关系以及物料交接过程。
5、设备异常和生产异常难以定位。通过设备状态、区域状态和物料状态的关联展示，帮助管理人员快速识别异常
6、生产数据与三维场景脱节。将设备实时数据与三维模型建立映射关系，使三维场景不再是静态展示或预设动画，而是能够根据现场真实数据动态变化。

功能介绍

本项目围绕智能制造产线的实际生产流程，构建以真实设备数据驱动的三维数字孪生系统，将设备运行状态、物料流转、加工任务及生产进度与三维场景实时关联，实现生产过程的可视化监控与管理。主要功能模块如下：
1. 产线三维可视化模块
基于 Unity 构建智能制造产线三维场景，还原加工区域、物流区域及各类生产设备的空间布局，支持场景漫游、视角切换、设备定位及重点区域查看，直观呈现整条产线的运行情况。
2. 设备实时监控模块
接入 PLC 及工业数据服务，采集设备运行数据，并驱动三维模型实时更新。支持数控加工中心、ABB 六轴机器人、AGV、滚筒输送线、立体仓库等设备的状态展示，包括设备运行、停止、报警、加工状态及关键动作信息，实现虚拟设备与现场设备同步。
3. 物料与托盘追踪模块
以托盘为物料流转载体，展示托盘编号、物料信息、所属订单、当前加工工序及加工状态。实时呈现托盘在不同加工区域、输送线及物流环节中的位置变化，方便查看物料当前所在位置和流转情况。
4. 加工任务与生产信息模块
展示各加工区域的当前加工信息，包括加工任务、物料信息、工序状态及任务进度。将设备状态与托盘、物料及加工任务关联，直观反映不同区域的生产情况。
5. 工业机器人与物流设备监控模块
针对 ABB 六轴机器人和 AGV 等自动化设备，展示机器人实时运行状态、关节动作及作业信息，以及 AGV 的位置、运行状态和运输任务；结合三维模型呈现设备动作与物料搬运过程。
6. 生产数据可视化模块
通过三维空间 UI、数据面板及统计图表展示设备状态、生产信息和关键运行数据。支持在对应设备或生产区域查看相关数据，使生产现场信息与三维场景形成直观关联。
7. 工业数据通信模块
支持通过 S7、Modbus、OPC UA、Redis、HTTP 等方式接入工业设备及业务数据，实现数据采集、状态更新与三维场景联动。

项目实现

项目实现
一、个人负责的主要任务
1. 使用 Unity 搭建智能制造产线三维场景，还原加工区域、物流区域及设备布局，完成数控加工中心、ABB 六轴机器人、AGV、滚筒输送线、立体仓库等设备模型集成及交互开发。
2. 负责设备数据与三维模型的关联，根据现场真实设备数据驱动模型动作，实现机器人关节运动、AGV 移动、滚筒输送、加工中心开关门等状态的实时同步。
3. 负责工业设备数据接入与处理，对接 PLC 及后端数据服务，完成设备状态、物料信息、加工任务等数据的解析和映射。
4. 实现托盘及物料信息展示，关联托盘编号、物料信息、加工区域和当前工序，呈现物料在不同区域之间的流转过程。
5. 开发设备信息面板、三维空间 UI、生产数据展示、设备选中交互及场景视角控制等功能。
二、主要技术栈
Unity 2022 LTS、C#、URP、UGUI、S7、Modbus、OPC UA、Redis、HTTP、WebSocket、JSON。
三、项目实现亮点
1. 真实设备数据驱动：区别于传统预设动画和离线仿真，通过现场设备数据实时驱动三维模型，实现虚拟设备与物理设备的状态同步。
2. 设备与生产业务关联：将设备、托盘、物料、加工任务及工序信息关联，实现生产设备状态和物料流转过程的统一展示。
3. 多设备协同展示：将工业机器人、AGV、加工中心、输送线及立体仓库整合到统一三维场景，直观呈现产线运行过程。
四、项目技术难点
1. 多源设备数据映射：针对不同设备的数据结构和更新频率，设计对应的数据解析及动作映射逻辑，保证三维模型与现场状态一致。
2. 机器人关节运动：处理 ABB 六轴机器人的关节层级、旋转轴向及角度转换，实现真实关节数据驱动模型运动。
3. 物料流转逻辑：结合设备状态、托盘信息及加工任务，更新物料位置和加工状态，保证三维场景与实际生产过程对应。