基于数字模型的微服务平台的设计与应用

李小峰 王志海 郭玉亮 姚海兰 朱东伟

摘要：针对三维模型数据体量庞大，在产品全生命周期不同阶段应用效果有限的问题，基于微服务架构，结合三维模型的轻量化转换和浏览技术，搭建了基于数字模型的微服务平台。通过对PLM系统中三维模型的轻量化转换，并对轻量化模型进行规范化管理，实现三维模型数据在设计、制造、运维等产品全生命周期不同阶段有效应用。

关键词：数字模型;微服务;数据共享

引言

随着三维建模技术在高端装备制造业的应用不断深入，如何实现在产品全生命周期不同阶段对三维模型数据的有效协同和共享应用成为了一项重要课题。为了解决上述问题，PTC公司推出了轻量化模型浏览器ProductView，西门子公司推出了JT轻量化数据格式解决方案，近年来国内也有相关的技术探索，但这些基本都是基于计算机PC端的可视化协同系统，未能有效实现三维模型数据在移动客户端的协同共享应用。

产品的研发设计过程会积累大量的三维模型数据，存储于PLM系统。由于整车级、系统级三维模型体量庞大，不同信息化系统相互支撑不足，三维模型数据在生产制造、运维检修等工作中很难得到充分应用。本文提出了一种基于数字模型的微服务平台（以下简称微服务平台）的搭建和应用技术，通过平台的搭建和应用，实现对三维模型数据的轻量化转换、轻量化模型数据的管理和轻量化模型数据的移动端浏览展示，使企业在市场营销阶段具备可视化、形象化展示产品的能力，运维服务阶段具备模型可视化手段支撑运维服务的能力。

1 系统整体设计

1.1系统组成

基于3D模型数据，结合PLM系统，搭建基于数字模型的微服务平台，实现对工业及工程模型数据采集、轻量化转换、管理，及移动端、PC端模型可视化展示。通过微服务平台与Windchill等信息化系统集成，实现微服务平台内三维轻量化模型等数据的獲取和更新功能。平台总体架构图见图1。

2系统设计与实现

2.1 模型轻量化

三维模型数据是一种精确的边界描述（B-rep）模型数据，含有大量的工业信息，在现有的计算机软硬件条件下进行复杂系统装配、维修仿真模型较难，因此需要将三维模型数据转化为轻量化数据，以达到对三维模型的快速交互、渲染，同时去除工业参数，保障数据的安全性。

对于Creo绘制的三维模型数据，一般一节车厢模型去参后面数在1000 万-3000万左右，而系统运行顺畅，不产生卡顿现象的面数要求为PC端模型800万面以下，移动端模型100万面以下，因此必须通过修补模型中的残缺面、精简模型个数、减少面的段数、精简面的数量、优化部件数量等技术对模型进行优化处理，实现对三维轻量化转换器转换。转换后的模型保留模型基本属性，如：模型编号，长度，重量，物料，BOM等信息，满足实际应用需求。

2.2 数据管理模块设计

2.2.1 数据采集功能设计

以基于HTTP协议的restful接口作为桥梁，连接微服务平台与Windchill系统，完成数据的采集，更新等数据维护操作。根据采集数据的类型和对数据的操作的需求，定义了两个种类接口的规范，详细如下：

（1）产品数据获取接口：Windchill系统提供数据拉取接口，接口根据请求参数模型编号、模型状态作为查询条件，检索本系统数据，如检索到与请求参数相匹配的数据，则将相关数据上传到中间FTP服务器。接口返回参数为包含“数据检索结果”与“模型下载地址、文档下载地址、文档关联物料号信息、模型属性信息”的JSON格式数据。

（2）Windchill系统提供数据更新接口，接口的接受参数定义为：模型属性信息集合。接口根据接收到的模型属性信息集合信息遍历解析，以解析得到的模型编号作为查询条件，遍历检索本系统数据同一编号的模型版本号是否与对应的解析的模型版本号信息一致，如发现版本号不一致，则将对应的模型文件，关联文档文件、文档关联物料号信息、模型属性文件数据上传到中间FTP服务器。接口返回参数为包含“模型版本匹配结果集”与“模型下载地址、文档下载地址、文档关联物料号信息、模型属性信息”集合的JSON格式数据。

微服务平台支持手动导入模型操作。可根据需要，进行手动导入模型、文档等平台数据维护工作。

2.2.2 数据存储功能设计

微服务平台采用MySQL作为平台数据存数据库，并配以Redis中间件作为数据存储与读取的缓存层;采用读写分离、集群方式部署，最大化的提高了系统存储的高可用性、安全性，数据高速的存储与读取。

MySQL集群特点：① 某一从节点失效后可快速自动切换。② 是一种分布式体系结构，没有单点故障。③ 吞吐量高、延迟短。④ 可扩展性强，支持在线扩容。

读写分离，主从复制：应用程序对于数据库而言都是写少读多，可设计为：

主库：只负责写数据（写库，DML->insert＼delete＼update）

从库：只负责读数据（读库，select）

可解决如下问题： ①主从分开后，在业务请求高并发时，只在从服务器上执行查询工作，降低主服务器的压力。②主从分开后，当主服务器有问题时，可迅速切换到从服务器，不会影响线上环境。③备份在从服务器进行，以避免备份期间影响主服务器服务。

2.2.3 前端可视化浏览功能设计

前端三维可视化展示组件采用Javascript脚本语言开发，利用HTML5和WEBGL技术完成页面的界面展示和3D图形显示的开发。支持客户端（PC或者手机、平板）浏览器浏览3D页面，浏览器需要支持WEBGL图形技术。

提供轻量化三维模型在线基本、沉浸式浏览，具备对模型移动、旋转、剖切、爆炸、测量、漫游、批注、仿真动画播放等基本操作功能，辅助用户查看模型内部组件、观看仿真三维动画以及对模型对应物料等属性信息的查看。

3 系统应用实例

本文以某地铁车辆三维模型为例进行应用，实现了从三维模型轻量化转换、平台数据管理、前端数据查看整个流程。通过左侧菜单栏“数据加工”-“产品数据”进入到产品数据维护界面。

以模型编号为检索依据，在界面右侧区域上方的“数据拉取”、与“模型上传”按钮分别为从Windchill系统拉取模型数据与手动上传模型文件数据。

点击左侧产品结构树中的某一结构，在模型列表中点击某一模型后，跳转到模型浏览器可浏览操作模型。

4 结论

本文针对三维模型在产品全生命周期拓展应用的问题，的问题，依据三维模型的应用场景特点，设计并搭建了基于数字模型的微服务平台，实现了产品三维模型数据的轻量化转换、轻量化模型数据管理、三维模型数据在移动端浏览，达到了三维模型在设计、制作、运维等产品不同生命周期的共享应用。

参考文献

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