基于Godot引擎的設備管理可視化系統研究

摘 ?要：隨著生產需求的膨脹，生產設備體量迅速擴張，呈現出智能化、自動化、環保化等發展趨勢，生產設備的健康運行對于保證生產節奏的穩健有序至關重要。同時其管理結構復雜，管理環節較多，管理人員特別是一線維保人員在作業過程中急需功能強大的輔助工具來協助其管理設備。在設備全生命周期管理的理論基礎上，依托Godot開發引擎，對設備管理系統進行可視化研究，并將其部署在移動設備上，可為相關人員的管理工作提供有效的幫助，極大地提高了設備管理的工作效率。

關鍵詞：設備管理；Godot；3DMax；智能化系統

中圖分類號：TP391.4 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：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引擎平臺上搭建設備全生命周期管理系統，一方面可以使設備管理實現可視化，使一線維保人員，尤其是初級維保人員能夠迅速地、直觀地把握設備維保要點；另一方面源自Godot引擎的多平臺擴展性，可以使設備管理系統運行在各類固定及移動設備上，能夠有效提高設備管理的效率。基于Godot引擎搭建設備全生命周期管理系統是本文研究的主要目的。

1 ?設備全生命周期管理

1.1 ?設備全生命周期管理需求

近年來，隨著物聯網、大數據、人工智能等新技術日新月異的發展，生產設備也呈現智能化、自動化、環保型等發展趨勢，企業生產設備的體量也隨之迅猛膨脹。在企業的生產經營活動中，對于設備的智能化管控、管理，包括規劃、運營、維護、監測、維修等存在疏忽或考慮不周的短板[1]，生產設備運行狀況好壞，不僅直接影響到企業的生產效率、產品質量和成本費用，甚至會造成重大設備損壞和人員傷亡等惡性事故的發生[2]。同時，大數據概念日漸深入人心，大數據挖掘與分析貫穿于設備生產制造的過程中，如設備運行、設備點巡檢、設備維修、設備維護、在線診斷、設備改造，以及售后服務、知識庫、經驗卡等，這對設備的智能化、科學化管理提出了更高的要求。

1.2 ?設備全生命周期管理系統組成

設備全生命周期管理主要包含以下幾個部分：設備規劃、設備采購、設備運輸、設備庫管理、安裝、調試、日常監測、日常維護等[3]。其中設備規劃包括對已有設備的維修、更換計劃的制訂，以及根據生產工藝升級而新增的設備種類、型號的需求計劃制訂；設備采購是指根據設備規劃所制訂的預見性的采購計劃；設備運輸需據采購及到貨狀況、現場庫存現狀、設備運行健康狀態等并按照設備運輸要求將計劃內設備運抵現場；設備庫存管理需根據在線及離線設備種類、型號制訂庫存清單，并對離線設備進行庫號、出廠日期、維護安裝要點等記錄登記；設備的安裝、調試、日常監測及維護需根據設備廠家出具的設備說明資料進行作業施工，并記錄整個作業過程。

1.3 ?設備全生命周期管理過程常見問題

在整個管理過程中，設備維保人員在各個環節需要操作多種設備（包括但不限于終端點檢設備、個人計算機、各類通信設備）[4]，目前維保人員的工作常態為：利用手持式點檢設備在現場巡視的過程中對設備狀態進行手動錄入，等待巡視過程結束后，返回室內辦公場所，利用個人計算機上傳設備狀態信息，同時利用SAP系統對設備管理信息進行查詢，或利用個人手機撥打電話詢問相關人員，管理過程煩瑣，占用大量工作時間，極大地影響維保人員的精神狀態，對設備維保人員的整個工作效率產生不利影響。當有新員工入廠時，由于自身閱歷等原因，對現場基數較大的設備不能夠做到快速掌握，導致在點檢環節中造成對設備關鍵維保位置的遺漏，產生安全生產隱患。

2 ?Godot可視化系統引擎

2.1 ?產品介紹

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

Godot可用于開發2D和3D可視化客戶端，在平臺開發過程中，能夠賦予開發者更靈活的選擇性；此外，Godot具備基于物理的動畫編輯功能，可在平臺開發過程中用于對需要做動態展示的部分進行編輯；除特有的GDScript外，Godot同時支持對應用范圍比較廣的C#語言進行腳本編譯，大大降低了學習難度；使用Godot內置編輯器，自帶的UI編輯系統在項目測試過程中可以實現載入代碼和場景，極大地減少了重復性工作的工作量；本文主要看重的是Godot出色的跨平臺發布能力，這使得后續的系統研究具有更多的選擇性。目前Godot支持發布的平臺有移動平臺（iOS、Android）和桌面平臺（Windows、macOS、Linux、UWP、BSD、Haiku），使用HTML5和WebAssembly導出到Web以及VR平臺。基于Godot引擎出色的多平臺發布功能，本文所述的承載可視化系統的硬件設備得以部署在移動端，這一舉措使得便攜式用戶端得以實現，進而為后續進行數據實時傳輸提供硬件及軟件支撐。

2.2 ?基于Godot的設備管理可視化系統

基于設備全生命周期管理環節，對系統結構進行如圖2所示的規劃。

用戶終端為移動設備，部署在維保人員身上，通信使用TCP/IP協議通過覆蓋全域的無線網絡實現，后臺服務器部署在廠區工程師站，同樣通過無線網絡實現數據通信。

用戶終端包括圖像采集設備、設備模型、顯示設備以及可操作的信息處理設備。后臺服務器內部存儲設備管理各個環節的信息，包括但不限于設備規劃計劃表、設備采購計劃單、設備運輸時刻表、設備庫庫位信息表、設備安裝時間表、設備調試時間表、設備日常監測信息登記表、設備日常維護記錄單等，各類表單有相關負責人手動錄入[5]。

3 ?可視化系統功能設計

3.1 ?系統介紹與開發

將可視化系統部署在維保人員可穿戴終端上，實現現場數據的實時傳輸，同時將設備管理其余各環節數據投放到終端上，供維保人員隨時查看其他管理環節的動態信息。設備管理各個環節的信息，均可顯示在維保人員可穿戴終端上，設備服務器僅負責存儲及傳遞各環節信息。數據傳輸流程如圖3所示。

項目系統開發主要分為以下三個階段：資料收集階段、模型繪制階段、系統功能開發階段，具體介紹如下。

3.1.1 ?資料收集階段

本階段資料收集內容包括：設備管理環節信息、設備管理統一設備編碼、各類設備影像資料等。設備管理環節信息用于組建系統架構，設置管理權限；由于后期開發時作為設備唯一性識別標識，設備編碼的編制應在項目初期與建設單位做好溝通，按照統一性原則分類編撰，做到規律性和統一性原則；設備影像具體為設備靜態圖像和設備動態影像，設備靜態圖像用于后期利用建模軟件制作設備模型，設備動態影像為設備運轉過程中拍攝，用于后期開發過程中做設備分析使用。此階段為現場原始數據采集階段，應務必做到詳細、準確，為后期開發做好數據準備。

3.1.2 ?模型繪制階段

本階段任務為根據資料收集階段采集的設備圖像利用3DMax模型軟件建立設備三維模型。本階段實施過程中應在準確性、易識別性原則下，盡量縮小模型繪制體量，減小系統運算負荷，提高系統運行流暢性。

3.1.3 ?系統功能開發階段

系統功能開發依托Godot開發引擎，根據資料采集階段獲得的設備管理環節，設計系統結構，結構設計為：后臺數據存儲服務器、前端數據錄入端、前端維保用戶客戶端，服務器用于存儲管理環節信息；錄入端為PC平臺客戶端，服務于除現場一線維保人員外的管理人員錄入相關管理信息；維保客戶端發布在Android平臺，服務于一線維保人員，用于查看各類環保信息以及錄入設備維保記錄。其中服務器開發使用MySQL數據庫實現，數據庫內按照管理環節建立各類表單，預留表單容量用于存儲管理信息；錄入端及維保客戶端基于Godot引擎開發。錄入端開發過程簡述為：創建二維空間節點，添加信息錄入及查詢窗口，添加按鈕，設置按鈕功能。維保客戶端開發過程簡述為：創建三維空間節點，創建基于3D貼圖格地圖子節點，導入設備模型，添加按鈕，設置按鈕功能。錄入端及維保客戶端與數據庫的信息交互通過Godot SQlite插件實現，按照功能需求，創建寫入及查詢腳本，腳本完成后，在主畫面找到相應功能按鈕，將腳本添加至功能按鈕實現按鈕功能。

3.2 ?系統功能介紹

3.2.1 ?設備顯示功能實現方案

本文所述設備顯示功能實現方案基于Godot開發引擎實現，Godot可以用于開發2D或3D管理平臺。利用其3D開發能力，將設備映像立體化，同時在設備關鍵部位進行醒目顯示，并伴有設備關鍵信息，以初步實現設備現場維檢時的輔助功能[6]。

Godot支持OBJ格式的建模文件，這使得系統搭建過程中可以利用市面上較常見3DMax等建模工具，利用建模工具的基礎建模和渲染功能使得設備模型具備更多的顯示細節，同時可以提高項目建設的工作效率。

3.2.2 ?設備維檢操作功能設計

終端設備具有以下功能：設備信息采集功能、設備3D圖像顯示功能、系統查看功能、無線通信功能。具體介紹如下：

1）設備信息采集功能：在現場工藝設計階段，為每個設備制定設備編碼，作為此設備的專屬標識，操作人員通過掃描設備條形編碼，獲得設備信息[7]，通過比對設備信息數據庫，獲得數據庫內與之關聯的相關信息。

2）設備3D圖像顯示功能：在獲得設備相關信息后，維保終端從云端服務器獲得設備影像，并將設備3D圖像投放到穿戴終端上。顯示設備除顯示設備3D模型外，還將在3D模型上對關鍵的維保部位進行特殊標記，如做醒目顏色標記、顯示維保作業內容、設備維保各項指標參數，同時將設備上線信息等作簡單說明，輔助維保人員快速識別維保要點，提高作業效率。顯示內容可通過穿戴終端進行調整，避免因信息堆疊造成維保人員識別困難[8]。設備狀態展示如圖4所示。

圖4 ?設備狀態展示

3）系統查看功能：獲得設備信息后，操作人員除可以通過顯示終端簡單瀏覽設備信息外，還可通過連接在終端上的附件設備，對設備詳細信息進行查看。查看內容為通過無線傳輸，從后臺服務器獲取的設備管理各環節同步信息[9]，便于操作人員實時了解設備管理動態，以實現設備管理的提前規劃；同時終端上的附件設備還支持設備狀態的錄入，并將錄入結果投放到終端顯示設備上。此功能能夠輔助操作人員第一時間完成維檢過程的信息錄入，可以進一步減少維保人員的工作量，同時可降低信息錄入過程的錯誤率，保證作業效率[10]。維檢人員錄入的維檢信息將實時同步到后臺服務器，設備管理的其他環節管理人員能夠在第一時間獲取現場設備信息，此功能的實現能夠大幅度減少工作人員勞動強度，極大提高設備全生命周期管理的工作效率[11]。系統查看內容展示如圖5所示。

4）無線通信功能：在用戶終端上安裝無線通信模塊，使設備具備無線通信功能。通過對用戶的日常工作進行觀察研究，發現維檢人員日工作周期內[12]，對維保記錄的上傳占用時間較長，同時在巡視設備過程中，不能及時有效的查閱設備上線時間、設備更換記錄、采購備件物流信息等關鍵信息，在工作的過程中造成極大不便。無線通信功能上線后，支持用戶實時錄入維檢記錄，并同步至后臺服務器，同時支持在線查詢設備管理環節各類信息，可以有效輔助用戶實時掌握設備管理動態，幫助用戶更好地進行管理決策。

4 ?結 ?論

本文是為提高現場維保人員在設備全生命周期管理工作中的工作效率而進行的研究，實現目標的重心在于便攜式以及系統的可視化。便攜式終端為用戶提供較高的便捷性，同時系統的可視化提供了很好的輔助功能。本文所述可視化系統是基于Godot引擎開發得來，在研究過程中發現Godot引擎對于系統功能開發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，后續應繼續探索其他引擎的開發，以適應不同的用戶要求。

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