1、2023 年 8 月 25 日第 7 卷 第 16 期现代信息科技Modern Information TechnologyAug.2023 Vol.7 No.161301302023.082023.08收稿日期：2023-02-28基于 Godot 引擎的设备管理可视化系统研究韩佳庚（唐钢国际工程技术有限公司，河北 唐山 063000）摘 要：随着生产需求的膨胀，生产设备体量迅速扩张，呈现出智能化、自动化、环保化等发展趋势，生产设备的健康运行对于保证生产节奏的稳健有序至关重要。同时其管理结构复杂，管理环节较多，管理人员特别是一线维保人员在作业过程中急需功能强大的辅助工具来协助其管理设备。在设
2、备全生命周期管理的理论基础上，依托Godot 开发引擎，对设备管理系统进行可视化研究，并将其部署在移动设备上，可为相关人员的管理工作提供有效的帮助，极大地提高了设备管理的工作效率。关键词：设备管理；Godot；3DMax；智能化系统中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）16-0130-04Research on Equipment Management Visualization System Based on Godot EngineHAN Jiageng(Tang Steel International Engineering Technolo
3、gy 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
4、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 the
5、ory 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:devic
6、e management;Godot;3DMax;intelligent system0 引 言在 Godot 引擎平台上搭建设备全生命周期管理系统，一方面可以使设备管理实现可视化，使一线维保人员，尤其是初级维保人员能够迅速地、直观地把握设备维保要点；另一方面源自 Godot 引擎的多平台扩展性，可以使设备管理系统运行在各类固定及移动设备上，能够有效提高设备管理的效率。基于 Godot 引擎搭建设备全生命周期管理系统是本文研究的主要目的。1 设备全生命周期管理1.1 设备全生命周期管理需求近年来，随着物联网、大数据、人工智能等新技术日新月异的发展，生产设备也呈现智能化、自动化、环保型等发展趋势
7、，企业生产设备的体量也随之迅猛膨胀。在企业的生产经营活动中，对于设DOI:10.19850/ki.2096-4706.2023.16.028备的智能化管控、管理，包括规划、运营、维护、监测、维修等存在疏忽或考虑不周的短板1，生产设备运行状况好坏，不仅直接影响到企业的生产效率、产品质量和成本费用，甚至会造成重大设备损坏和人员伤亡等恶性事故的发生2。同时，大数据概念日渐深入人心，大数据挖掘与分析贯穿于设备生产制造的过程中，如设备运行、设备点巡检、设备维修、设备维护、在线诊断、设备改造，以及售后服务、知识库、经验卡等，这对设备的智能化、科学化管理提出了更高的要求。1.2 设备全生命周期管理系统组成设
8、备全生命周期管理主要包含以下几个部分：设备规划、设备采购、设备运输、设备库管理、安装、调试、日常监测、日常维护等3。其中设备规划包括对已有设备的维修、更换计划的制订，以及根据生产工艺升级而新增的设备种类、型号的需求计划制订；设备采购是指根据设备规划所制订的预见性的采购计划；设备运输需据采购及到货状况、现场库存现状、设备运行健康状态等并按照设备运输要现代信息科技8月下16期.indd 130现代信息科技8月下16期.indd 1302023/8/15 17:38:222023/8/15 17:38:221311312023.082023.08第 16 期求将计划内设备运抵现场；设备库存管理需根据
9、在线及离线设备种类、型号制订库存清单，并对离线设备进行库号、出厂日期、维护安装要点等记录登记；设备的安装、调试、日常监测及维护需根据设备厂家出具的设备说明资料进行作业施工，并记录整个作业过程。1.3 设备全生命周期管理过程常见问题在整个管理过程中，设备维保人员在各个环节需要操作多种设备（包括但不限于终端点检设备、个人计算机、各类通信设备）4，目前维保人员的工作常态为：利用手持式点检设备在现场巡视的过程中对设备状态进行手动录入，等待巡视过程结束后，返回室内办公场所，利用个人计算机上传设备状态信息，同时利用 SAP 系统对设备管理信息进行查询，或利用个人手机拨打电话询问相关人员，管理过程烦琐，占用
10、大量工作时间，极大地影响维保人员的精神状态，对设备维保人员的整个工作效率产生不利影响。当有新员工入厂时，由于自身阅历等原因，对现场基数较大的设备不能够做到快速掌握，导致在点检环节中造成对设备关键维保位置的遗漏，产生安全生产隐患。2 Godot 可视化系统引擎2.1 产品介绍除 Godot 外，市面上使用较多的可视化系统制作引擎，还有诸如 Unity3D、虚幻引擎 4、IW 引擎，等等。相比其他制作引擎，Godot 以其特有的节点结构使其具有编程逻辑清晰、操作方便的特点，从而被本文采用。如图 1 所示。图 1 Godot 引擎的节点Godot 可用于开发 2D 和 3D 可视化客户端，在平台开发
11、过程中，能够赋予开发者更灵活的选择性；此外，Godot 具备基于物理的动画编辑功能，可在平台开发过程中用于对需要做动态展示的部分进行编辑；除特有的 GDScript 外，Godot 同时支持对应用范围比较广的 C#语言进行脚本编译，大大降低了学习难度；使用 Godot 内置编辑器，自带的 UI 编辑系统在项目测试过程中可以实现载入代码和场景，极大地减少了重复性工作的工作量；本文主要看重的是Godot 出色的跨平台发布能力，这使得后续的系统研究具有更多的选择性。目前 Godot 支持发布的平台有移动平台（iOS、Android）和桌面平台（Windows、macOS、Linux、UWP、BSD、
12、Haiku），使用 HTML5和 WebAssembly 导出到 Web 以及 VR 平台。基于Godot 引擎出色的多平台发布功能，本文所述的承载可视化系统的硬件设备得以部署在移动端，这一举措使得便携式用户端得以实现，进而为后续进行数据实时传输提供硬件及软件支撑。2.2 基于 Godot 的设备管理可视化系统基于设备全生命周期管理环节，对系统结构进行如图 2 所示的规划。用户终端用户终端网络设备全生命周期管理服务器图 2 系统构成用户终端为移动设备，部署在维保人员身上，通信使用 TCP/IP 协议通过覆盖全域的无线网络实现，后台服务器部署在厂区工程师站，同样通过无线网络实现数据通信。用户终端
13、包括图像采集设备、设备模型、显示设备以及可操作的信息处理设备。后台服务器内部存储设备管理各个环节的信息，包括但不限于设备规划计划表、设备采购计划单、设备运输时刻表、设备库库位信息表、设备安装时间表、设备调试时间表、设备日常监测信息登记表、设备日常维护记录单等，各类表单有相关负责人手动录入5。3 可视化系统功能设计3.1 系统介绍与开发将可视化系统部署在维保人员可穿戴终端上，实现现场数据的实时传输，同时将设备管理其余各环节数据投放到终端上，供维保人员随时查看其他管理环节的动态信息。设备管理各个环节的信息，均可显示在维保人员可穿戴终端上，设备服务器仅负责存储及传递各环节信息。数据传输流程如图 3所
14、示。项目系统开发主要分为以下三个阶段：资料收集阶段、模型绘制阶段、系统功能开发阶段，具体介绍如下。韩佳庚：基于 Godot 引擎的设备管理可视化系统研究现代信息科技8月下16期.indd 131现代信息科技8月下16期.indd 1312023/8/15 17:38:222023/8/15 17:38:22132132第 16 期现代信息科技2023.082023.08设备采购计划录入物流信息录入设备维修信息录入检修计划录入网络设备全生命周期管理服务器用户终端1用户终端2图 3 数据传输流程图3.1.1 资料收集阶段本阶段资料收集内容包括：设备管理环节信息、设备管理统一设备编码、各类设备影像资
15、料等。设备管理环节信息用于组建系统架构，设置管理权限；由于后期开发时作为设备唯一性识别标识，设备编码的编制应在项目初期与建设单位做好沟通，按照统一性原则分类编撰，做到规律性和统一性原则；设备影像具体为设备静态图像和设备动态影像，设备静态图像用于后期利用建模软件制作设备模型，设备动态影像为设备运转过程中拍摄，用于后期开发过程中做设备分析使用。此阶段为现场原始数据采集阶段，应务必做到详细、准确，为后期开发做好数据准备。3.1.2 模型绘制阶段本阶段任务为根据资料收集阶段采集的设备图像利用 3DMax 模型软件建立设备三维模型。本阶段实施过程中应在准确性、易识别性原则下，尽量缩小模型绘制体量，减小系
16、统运算负荷，提高系统运行流畅性。3.1.3 系统功能开发阶段系统功能开发依托 Godot 开发引擎，根据资料采集阶段获得的设备管理环节，设计系统结构，结构设计为：后台数据存储服务器、前端数据录入端、前端维保用户客户端，服务器用于存储管理环节信息；录入端为 PC 平台客户端，服务于除现场一线维保人员外的管理人员录入相关管理信息；维保客户端发布在 Android 平台，服务于一线维保人员，用于查看各类环保信息以及录入设备维保记录。其中服务器开发使用 MySQL 数据库实现，数据库内按照管理环节建立各类表单，预留表单容量用于存储管理信息；录入端及维保客户端基于 Godot 引擎开发。录入端开发过程简
17、述为：创建二维空间节点，添加信息录入及查询窗口，添加按钮，设置按钮功能。维保客户端开发过程简述为：创建三维空间节点，创建基于 3D 贴图格地图子节点，导入设备模型，添加按钮，设置按钮功能。录入端及维保客户端与数据库的信息交互通过Godot SQlite插件实现，按照功能需求，创建写入及查询脚本，脚本完成后，在主画面找到相应功能按钮，将脚本添加至功能按钮实现按钮功能。3.2 系统功能介绍3.2.1 设备显示功能实现方案本文所述设备显示功能实现方案基于 Godot 开发引擎实现，Godot 可以用于开发 2D 或 3D 管理平台。利用其 3D 开发能力，将设备映像立体化，同时在设备关键部位进行醒目
18、显示，并伴有设备关键信息，以初步实现设备现场维检时的辅助功能6。Godot 支持 OBJ 格式的建模文件，这使得系统搭建过程中可以利用市面上较常见 3DMax 等建模工具，利用建模工具的基础建模和渲染功能使得设备模型具备更多的显示细节，同时可以提高项目建设的工作效率。3.2.2 设备维检操作功能设计终端设备具有以下功能：设备信息采集功能、设备 3D 图像显示功能、系统查看功能、无线通信功能。具体介绍如下：1）设备信息采集功能：在现场工艺设计阶段，为每个设备制定设备编码，作为此设备的专属标识，操作人员通过扫描设备条形编码，获得设备信息7，通过比对设备信息数据库，获得数据库内与之关联的相关信息。2
19、）设备 3D 图像显示功能：在获得设备相关信息后，维保终端从云端服务器获得设备影像，并将设备 3D 图像投放到穿戴终端上。显示设备除显示设备 3D 模型外，还将在 3D 模型上对关键的维保部位进行特殊标记，如做醒目颜色标记、显示维保作业内容、设备维保各项指标参数，同时将设备上线信息等作简单说明，辅助维保人员快速识别维保要点，提高作业效率。显示内容可通过穿戴终端进行调整，避免因信息堆叠造成维保人员识别困难8。设备状态展示如图 4 所示。图 4 设备状态展示3）系统查看功能：获得设备信息后，操作人员除可以通过显示终端简单浏览设备信息外，还可通过连接在终端上的附件设备，对设备详细信息进行现代信息科技
20、8月下16期.indd 132现代信息科技8月下16期.indd 1322023/8/15 17:38:232023/8/15 17:38:231331332023.082023.08第 16 期查看。查看内容为通过无线传输，从后台服务器获取的设备管理各环节同步信息9，便于操作人员实时了解设备管理动态，以实现设备管理的提前规划；同时终端上的附件设备还支持设备状态的录入，并将录入结果投放到终端显示设备上。此功能能够辅助操作人员第一时间完成维检过程的信息录入，可以进一步减少维保人员的工作量，同时可降低信息录入过程的错误率，保证作业效率10。维检人员录入的维检信息将实时同步到后台服务器，设备管理的其
21、他环节管理人员能够在第一时间获取现场设备信息，此功能的实现能够大幅度减少工作人员劳动强度，极大提高设备全生命周期管理的工作效率11。系统查看内容展示如图 5 所示。图 5 系统查看内容展示4）无线通信功能：在用户终端上安装无线通信模块，使设备具备无线通信功能。通过对用户的日常工作进行观察研究，发现维检人员日工作周期内12，对维保记录的上传占用时间较长，同时在巡视设备过程中，不能及时有效的查阅设备上线时间、设备更换记录、采购备件物流信息等关键信息，在工作的过程中造成极大不便。无线通信功能上线后，支持用户实时录入维检记录，并同步至后台服务器，同时支持在线查询设备管理环节各类信息，可以有效辅助用户实
22、时掌握设备管理动态，帮助用户更好地进行管理决策。4 结 论本文是为提高现场维保人员在设备全生命周期管理工作中的工作效率而进行的研究，实现目标的重心在于便携式以及系统的可视化。便携式终端为用户提供较高的便捷性，同时系统的可视化提供了很好的辅助功能。本文所述可视化系统是基于Godot 引擎开发得来，在研究过程中发现 Godot 引擎对于系统功能开发可以提供很好的支持，但是Godot 引擎在模型处理方面稍显薄弱，后续应继续探索其他引擎的开发，以适应不同的用户要求。参考文献：1 唐超.故障诊断与维修在数控机床设备管理中的应用 J.科技资讯，2015，13（6）：120.2 刘英利，隆予新，李致清.浅述
23、测量不确定度及在设备管理中的应用 J.现代仪器，2005（6）.3 刘清，杨丽茹.数控机床 MDC 网络在设备管理中的应用 J.设备管理与维修，2018（19）：9-11.4 蔡锡登.铸钢车间设备管理浅析 J.海南矿冶，1999（S1）：3-4.5 高鹏飞.热轧生产线经济型设备管理 J.设备管理与维修，2011（1）：8-10.6 廖礼涛.冷轧设备管理与维修的探究 J.中国设备工程，2022（23）：54-56.7 小浜哲也.以提高质量为目标的设备管理活动（上）J.设备管理，1986（2）：41-44.8 张富海，安永康.湿法冶金设备的防腐蚀设计及防腐蚀管理 J.铸造技术，2014，35（5）
24、：1071-1073.9 靳辉.铸造车间设备管理探析 J.中国设备工程，2019（3）：31-32.10 前川孝之，服部实，岩脅晃，等.无人化生产系统的设备管理 J.设备管理与维修，1993（6）：34-35.11 赵峰.设备管理与维修的问题及对策探讨 J.中国设备工程，2022（24）：84-86.12 赵晓明.从设备管理角度看机床再制造 J.中国设备工程，2008（12）：10-11.作者简介：韩佳庚（1988），男，汉族，河北唐山人，工程师，本科，研究方向：自动化。4 吴宇驹，吴伟生，雷振，等.基于 CiteSpace 知识图谱的智慧工厂研究热点及趋势实证分析 J.科技资讯，2021，19（15）：198-200.5 房鸿海.智慧工厂安全生产监控与决策管理系统设计 J.科技成果纵横，2019，28（18）：245.6 张奥博.校园安全管理中视频智能分析的应用 J.数码设计（上），2018（9）：92.作者简介：段瑞霞（1986.09），女，汉族，山西运城人，高级工程师，硕士，研究方向：人工智能。（上接129页）韩佳庚：基于 Godot 引擎的设备管理可视化系统研究现代信息科技8月下16期.indd 133现代信息科技8月下16期.indd 1332023/8/15 17:38:232023/8/15 17:38:23
