一种面向转机检修的三维工序步骤编排与复用方法与流程

本发明涉及工业设备检修数字化，具体涉及一种面向转机检修的三维工序步骤编排与复用方法。

背景技术：

1、转机设备是火力发电厂的关键性设备，其检修质量和效率直接影响发电机组的运行安全性与经济性。转机设备检修由拆解、检测、修复、组装等多个工序步骤组成，涉及大量零部件，各步骤之间存在严格的装配顺序约束关系。

2、目前，转机设备的数字化检修主要采用三维动画演示方式进行拆解和组装工序的展示。该方式通常由设备生产厂家在设备出厂前根据设计图纸预先录制完成，或针对特定型号批量生成标准化的检修演示视频。

3、目前的工序演示内容无法适配现场实际检修需求，预先录制的三维动画演示仅能反映理想状态下的标准拆装流程。在实际检修过程中，不同故障类型对应的检修范围不同，仅需拆解部分零部件即可完成故障处理；随着设备运行年限增加，现场实际装配关系可能因改造、维修等原因发生变更。预先录制的固定动画无法根据上述实际需求动态调整工序步骤及其顺序，导致演示内容与实际检修操作脱节。

4、现有技术中，存在部分面向通用工业设备的工序编排软件，其通常依赖专业编程人员编写脚本代码实现工序步骤的配置与调整，工序步骤的编辑界面与三维演示界面相互独立，步骤调整后无法即时预览对应的三维演示效果，导致工序编排效率低下；且该类软件未针对转机检修场景中零部件装配顺序约束强、步骤间依赖关系复杂的特点设计专用的约束校验机制，步骤顺序调整后缺乏自动化的合理性校验手段。

5、亟需一种面向转机检修的三维工序步骤编排与复用方法，能够支持用户以可视化交互方式自由调整工序步骤顺序，并在调整过程中自动校验步骤间的依赖约束关系，同时实现工序模板的封装、存储与匹配复用，以提高转机检修工序编排的灵活性和效率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种面向转机检修的三维工序步骤编排与复用方法，能够有效解决背景技术中存在的检修工序编排依赖人工经验、缺乏空间合理性自动验证、以及工序模板在不同设备型号间难以有效复用的问题。本技术的具体技术方案如下：

2、一种面向转机检修的三维工序步骤编排与复用方法，包括：

3、生成初始步骤序列，各步骤包含关联零件标识、操作类型及前置依赖零件列表；

4、以新增零件包围盒沿拆解方向构建扫掠体，与已有零件包围盒进行空间重叠检测，根据重叠检测结果自动生成所述前置依赖零件列表；

5、响应拖拽操作调整步骤顺序，并根据所述前置依赖零件列表进行约束校验，校验通过后得到有序步骤序列；

6、将所述有序步骤序列封装为工序模板，提取特征标签，所述特征标签包含设备型号和部件类型；

7、新建任务时，获取当前设备型号和部件类型，获取所述设备型号对应的关键物理参数，将所述关键物理参数编码为物理特征向量，按预设权重对所述物理特征向量的各分量进行加权距离计算，确定所述物理特征向量与各历史工序模板的物理特征向量之间的物理相似度，将所述物理相似度与部件类型匹配结果按第一权重和第二权重融合得到复用评分，据此得到候选模板并从候选模板中输出匹配模板，响应于用户对历史工序模板的调用指令，将所述匹配模板的步骤序列导入；

8、响应演示指令，按所述有序步骤序列的顺序调用三维引擎加载零件模型，检测当前零件从当前位置到目标位置的移动路径上的空间干涉，在检测到干涉时重规划路径绕过，生成避让演示动画。

9、具体的，所述以新增零件包围盒沿拆解方向构建扫掠体，与已有零件包围盒进行空间重叠检测，包括：

10、获取新增零件的包围盒及其预设拆解方向，将所述包围盒沿所述拆解方向离散化为多个位置步进采样点；

11、在各采样点处截取所述包围盒的截面轮廓，将全部采样点处的截面轮廓沿所述拆解方向进行插值拟合，生成连续扫掠体的外表面网格；

12、将所述外表面网格所围闭的三维空间区域作为所述扫掠体的占用空间；

13、将所述占用空间体素化为三维网格矩阵，对所述三维网格矩阵中的每个体素标记占用状态；

14、遍历已有各零件的包围盒，将各已有零件的包围盒按相同体素分辨率体素化后，与所述三维网格矩阵进行逐体素的布尔交叠运算，统计交叠体素数量，当交叠体素数量大于预设阈值时判定存在空间交叠。

15、具体的，所述按预设权重对所述物理特征向量的各分量进行加权距离计算，确定所述物理特征向量与各历史工序模板的物理特征向量之间的物理相似度，将所述物理相似度与部件类型匹配结果按第一权重和第二权重融合得到复用评分，包括：

16、将当前物理特征向量的各分量与历史工序模板物理特征向量的对应分量按所述预设权重进行加权距离计算，得到加权距离，所述加权距离越大则物理相似度越低；

17、将所述物理相似度的融合权重作为第一权重，部件类型匹配结果的融合权重作为第二权重；

18、将所述物理相似度乘以第一权重得到第一评分分量，将部件类型匹配结果乘以第二权重得到第二评分分量；

19、将所述第一评分分量与所述第二评分分量相加得到复用评分，所述部件类型匹配结果在当前设备的部件类型与历史工序模板的部件类型一致时取值为1，否则取值为0，当所述复用评分大于预设阈值时将对应的历史工序模板作为候选模板。

20、具体的，所述检测当前零件从当前位置到目标位置的移动路径上的空间干涉，在检测到干涉时重规划路径绕过，包括：

21、根据当前零件当前时刻位姿与目标位姿构建初始线性移动路径，按预设步长在所述初始线性移动路径上采样多个路径点；

22、在各路径点处将当前零件的包围盒与三维场景中其他静态零件的包围盒进行空间重叠检测，若所有路径点均无重叠则驱动当前零件沿所述初始线性移动路径移动至目标位姿；

23、若任一路径点存在重叠，则以该路径点为起点、以目标位姿为终点触发路径重规划，构建起点与终点之间三维空间区域的代价地图，将所述代价地图中各网格的代价配置为与网格中心到最近静态零件的距离负相关，以起点到当前节点的累计路径长度与当前节点到终点的预估距离之和作为评价依据搜索最优避让路径，驱动当前零件沿所述最优避让路径移动至目标位姿。

24、具体的，所述将所述有序步骤序列封装为工序模板，包括：

25、创建工序模板记录，所述工序模板记录包含模板唯一标识、模板名称、步骤序列数据、所述特征标签、创建时间戳和最后修改时间戳；

26、将所述有序步骤序列中各步骤的关联零件标识、操作类型及前置依赖零件列表按当前顺序序列化为结构化数据存储于所述步骤序列数据；

27、当所述特征标签中的设备型号与已存在历史工序模板的特征标签中的设备型号的字符相似度超过预设阈值时发出提示，等待用户确认是否继续保存。

28、具体的，所述响应于用户对历史工序模板的调用指令，将所述匹配模板的步骤序列导入之后，还包括：

29、复制所述匹配模板的完整步骤序列数据，将复制所得各步骤的步骤标识添加后缀标记生成新步骤标识，形成导入步骤序列并导入编辑界面替换当前全部步骤；

30、响应于用户对所述导入步骤序列中任一步骤的拖拽操作，调整顺序索引值，根据所述前置依赖零件列表重新进行约束校验，在校验通过时得到调整后的有序步骤序列，在校验未通过时生成冲突提示并基于所述冲突提示中的建议修正位置自动进行一次预修正；

31、计算当前设备型号编码与所述匹配模板的特征标签中设备型号编码的字符相似度，以确定第一差异度分量；

32、计算当前设备部件类型与所述匹配模板的特征标签中部件类型的匹配结果，以确定第二差异度分量；

33、将所述第一差异度分量和所述第二差异度分量按预设差异权重加权求和，得到综合差异度，根据所述综合差异度确定预警等级并生成对应的提示信息；

34、在所述预警等级为第一等级或第二等级时，逐项比较所述匹配模板的步骤序列与当前检修任务的预期需求，将不匹配的步骤高亮标记并按照影响程度分级排序展示，并根据不匹配步骤的数量和分布密度生成差异分布曲线。

35、具体的，所述从候选模板中输出匹配模板，包括：

36、当所述候选模板为多个时，根据各候选模板的复用评分从高到低对多个候选模板进行排序，将复用评分最高的候选模板作为最优推荐模板展示于推荐列表首位，其余候选模板按复用评分依次排列展示；

37、当两个以上候选模板的复用评分差值小于预设差值阈值时，将所述两个以上候选模板标注为相似匹配组，在推荐列表中以折叠组形式展示；

38、响应于用户对推荐列表中任一候选模板的选择操作，将被选中的候选模板作为所述匹配模板执行后续导入操作；

39、当用户未在预设等待时间内执行选择操作时，根据用户偏好历史记录自动选择与当前设备型号匹配度最高的历史被选模板，若无历史被选记录则自动选择所述最优推荐模板执行导入操作，并在导入后提示已自动选用的模板信息及其复用评分。

40、具体的，所述将所述占用空间体素化为三维网格矩阵之后，还包括：

41、沿所述拆解方向将所述三维网格矩阵划分为多个切片层；

42、计算各切片层中标记为占用状态的体素数量，以各切片层中占用体素数量占该层总体素数量的比例作为该切片层的占用密度；

43、将各切片层的占用密度沿所述拆解方向排列，生成扫掠体的占用密度分布曲线；

44、根据所述占用密度分布曲线确定扫掠体沿拆解方向的前端轮廓位置和后端轮廓位置，将前端轮廓位置到后端轮廓位置的距离作为所述扫掠体的有效扫掠长度。

45、具体的，所述以起点到当前节点的累计路径长度与当前节点到终点的预估距离之和作为评价依据搜索最优避让路径，包括：

46、将所述起点加入开放列表，将所述起点到各邻居节点的移动代价设置为所述起点到该邻居节点的累计路径长度；

47、采用启发式搜索方式，以当前节点到终点的空间直线距离作为启发式预估代价，将当前节点的累计路径长度与所述启发式预估代价之和作为该节点的评价函数值；

48、每次从所述开放列表中选取评价函数值最小的节点进行扩展，直至搜索至终点或所述开放列表为空；

49、将从起点至终点的搜索路径作为所述最优避让路径。

50、一种面向转机检修的三维工序步骤编排与复用系统，用于实现上述的方法，包括：

51、初始序列生成单元，用于生成初始步骤序列，各步骤包含关联零件标识、操作类型及前置依赖零件列表；

52、交互编排单元，与所述初始序列生成单元连接，用于响应拖拽操作调整步骤顺序；

53、约束校验单元，与所述交互编排单元连接，用于根据所述前置依赖零件列表进行约束校验，在校验通过后输出有序步骤序列；

54、模板封装单元，与所述约束校验单元连接，用于将所述有序步骤序列封装为工序模板并提取特征标签；

55、模板匹配单元，与所述模板封装单元连接，用于在新建任务时获取当前设备型号和部件类型，获取所述设备型号对应的关键物理参数并编码为物理特征向量，按预设权重对所述物理特征向量的各分量进行加权距离计算以确定物理相似度，将所述物理相似度与部件类型匹配结果按第一权重和第二权重融合得到复用评分，据此得到候选模板并从候选模板中输出匹配模板；

56、模板导入单元，与所述模板匹配单元连接，用于响应于用户对历史工序模板的调用指令，将所述匹配模板的步骤序列导入；

57、三维演示单元，与所述交互编排单元和所述模板导入单元连接，用于响应演示指令按所述有序步骤序列的顺序调用三维引擎加载零件模型，检测当前零件从当前位置到目标位置的移动路径上的空间干涉，在检测到干涉时重规划路径绕过，生成避让演示动画。

58、本技术的有益效果：本发明通过零件包围盒沿拆解方向构建扫掠体并进行空间重叠检测，自动识别零件间的物理阻挡关系并生成前置依赖列表，相比于常规依赖约束校验依赖人工预设约束矩阵的方式，实现了拆解空间依赖关系的自动化生成，提升了工序编排的合理性和效率；

59、通过获取设备型号对应的关键物理参数编码为物理特征向量，与历史工序模板进行加权距离匹配，并结合部件类型匹配结果融合得到复用评分以输出匹配模板，相比于常规型号文本匹配的方式，能够在设备型号迭代或停产时依据物理尺寸参数实现跨型号工序模板的有效复用；

60、通过在三维演示过程中通过检测零件沿移动路径的空间干涉，在检测到干涉时重规划路径以生成避让演示动画，使演示动画能够真实反映转机检修中零件拆装过程中的空间约束，避免演示与现场操作脱节。