数字化工厂中央控制室驾驶舱系统 API接口文档

数字化工厂中央控制室驾驶舱系统 API接口文档

本文档详细描述了数字化工厂中央控制室驾驶舱系统的API接口规范，包括中端服务提供的数据接口和算法接口。

1. 通用规范

1.1 基础URL

• 后端服务: http://localhost:8000
• 中端服务数据API: http://localhost:8001
• 中端服务算法API: http://localhost:8002

1.2 响应格式

所有API返回标准JSON格式，包含以下字段：

成功响应：

{"status": "success","data": { ... }  // 响应数据，根据接口不同而不同
}

错误响应：

{"status": "error","message": "错误信息描述"
}

1.3 认证方式

API使用Bearer Token认证：

Authorization: Bearer {token}

2. 中端数据API接口

2.1 获取指定类型的最新数据

获取特定类型数据的最新记录。

• URL: /api/collector/data/{data_type}
• 方法: GET
• URL参数:
  • data_type: 数据类型 (machine_data, agv_data, stamping_data等)
• 查询参数:
  • limit: 返回记录数量，默认10

请求示例:

GET /api/collector/data/machine_data?limit=5

成功响应:

[{"_id": "634f2a1b3e01a5c33e8b4567","device_id": "CNC-001","device_type": "cnc","status": "running","temperature": 65.2,"timestamp": "2025-05-07T14:30:25.123Z"},...
]

2.2 获取历史数据

获取指定时间范围内的历史数据。

• URL: /api/collector/data/{data_type}/history
• 方法: GET
• URL参数:
  • data_type: 数据类型
• 查询参数:
  • start_time: 开始时间 (ISO格式)
  • end_time: 结束时间 (ISO格式)
  • limit: 返回记录数量，默认100

请求示例:

GET /api/collector/data/agv_data/history?start_time=2025-05-01T00:00:00&end_time=2025-05-07T23:59:59

成功响应:

[{"_id": "634f2a1b3e01a5c33e8b4568","device_id": "AGV-001","device_type": "agv","status": "busy","position": {"x": 120.5,"y": 85.3},"battery_level": 78.5,"timestamp": "2025-05-07T10:15:33.456Z"},...
]

2.3 获取指定设备数据

获取特定设备的数据。

• URL: /api/collector/device/{device_type}/{device_id}
• 方法: GET
• URL参数:
  • device_type: 设备类型
  • device_id: 设备ID
• 查询参数:
  • limit: 返回记录数量，默认10

请求示例:

GET /api/collector/device/agv/AGV-001

成功响应:

[{"_id": "634f2a1b3e01a5c33e8b4568","device_id": "AGV-001","device_type": "agv","status": "busy","position": {"x": 120.5,"y": 85.3},"battery_level": 78.5,"timestamp": "2025-05-07T10:15:33.456Z"},...
]

2.4 获取所有AGV位置

获取所有AGV的最新位置数据。

• URL: /api/collector/agv/positions
• 方法: GET

请求示例:

GET /api/collector/agv/positions

成功响应:

[{"_id": "634f2a1b3e01a5c33e8b4568","device_id": "AGV-001","device_type": "agv","position": {"x": 120.5,"y": 85.3},"timestamp": "2025-05-07T15:30:10.123Z"},...
]

3. 中端算法API接口

3.1 路径规划

为AGV规划从起点到终点的路径。

• URL: /api/algorithm/path/plan
• 方法: POST
• 请求体:

{"agv_id": "AGV-001","start_point": {"x": 100,"y": 100},"end_point": {"x": 500,"y": 400},"obstacles": [{"x": 300,"y": 300},{"x": 350,"y": 300}],"priority": 2
}

成功响应:

{"agv_id": "AGV-001","path": [{"x": 100,"y": 100},{"x": 150,"y": 150},...{"x": 500,"y": 400}],"distance": 565.68,"estimated_time": 565.68
}

3.2 任务调度

为多个AGV分配多个任务。

• URL: /api/algorithm/task/schedule
• 方法: POST
• 请求体:

{"tasks": [{"id": "TASK-001","start": {"x": 100,"y": 100},"end": {"x": 500,"y": 400},"priority": 3},{"id": "TASK-002","start": {"x": 200,"y": 200},"end": {"x": 600,"y": 500},"priority": 1}],"available_agvs": ["AGV-001", "AGV-002", "AGV-003"]
}

成功响应:

{"status": "success","assignments": [{"agv_id": "AGV-001","task_id": "TASK-001","path": [{"x": 100,"y": 100},...{"x": 500,"y": 400}],"estimated_time": 565.68,"start_time": "2025-05-07T16:45:20.123Z"},{"agv_id": "AGV-002","task_id": "TASK-002","path": [{"x": 200,"y": 200},...{"x": 600,"y": 500}],"estimated_time": 509.9,"start_time": "2025-05-07T16:45:20.123Z"}],"total_assigned": 2,"total_pending": 0
}

3.3 获取AGV位置

获取特定AGV的当前位置。

• URL: /api/algorithm/agv/{agv_id}/position
• 方法: GET
• URL参数:
  • agv_id: AGV ID

请求示例:

GET /api/algorithm/agv/AGV-001/position

成功响应:

{"x": 120.5,"y": 85.3
}

3.4 更新AGV位置

更新特定AGV的位置。

• URL: /api/algorithm/agv/{agv_id}/position
• 方法: PUT
• URL参数:
  • agv_id: AGV ID
• 请求体:

{"x": 150.0,"y": 90.5
}

成功响应:

{"status": "success","message": "AGV AGV-001 位置已更新"
}

4. WebSocket事件

系统使用WebSocket提供实时数据更新。

4.1 WebSocket连接

• URL: ws://localhost:8000/ws

4.2 事件类型

4.2.1 设备状态更新

{"event": "device_status","data": {"device_id": "CNC-001","device_type": "cnc","status": "running","temperature": 67.8,"timestamp": "2025-05-07T17:05:12.345Z"}
}

4.2.2 AGV位置更新

{"event": "agv_status","data": {"device_id": "AGV-001","device_type": "agv","status": "busy","position": {"x": 125.8,"y": 87.2},"battery_level": 77.8,"timestamp": "2025-05-07T17:05:15.678Z"}
}

4.2.3 AGV路径更新

{"event": "agv_path","data": {"agv_id": "AGV-001","path": [{"x": 125.8,"y": 87.2},...{"x": 500,"y": 400}],"timestamp": "2025-05-07T17:05:20.123Z"}
}

5. 错误代码

状态码	错误类型	描述
400	Bad Request	请求参数错误
401	Unauthorized	未授权访问
403	Forbidden	权限不足
404	Not Found	资源不存在
500	Internal Server Error	服务器内部错误

6. 数据模型

6.1 设备数据模型

{"device_id": "设备ID","device_type": "设备类型","status": "设备状态","timestamp": "时间戳",// 其他属性根据设备类型不同而不同
}

6.2 AGV数据模型

{"device_id": "AGV ID","device_type": "agv","status": "AGV状态","position": {"x": "X坐标","y": "Y坐标"},"orientation": "方向角度","battery_level": "电量百分比","current_task": "当前任务ID","timestamp": "时间戳"
}

6.3 路径数据模型

{"agv_id": "AGV ID","start_point": {"x": "起点X坐标","y": "起点Y坐标"},"end_point": {"x": "终点X坐标","y": "终点Y坐标"},"path": [{"x": "点X坐标","y": "点Y坐标"},// 更多路径点],"distance": "路径长度","estimated_time": "预计时间","timestamp": "时间戳"
}

6.4 任务数据模型

{"id": "任务ID","start_point": {"x": "起点X坐标","y": "起点Y坐标"},"end_point": {"x": "终点X坐标","y": "终点Y坐标"},"priority": "优先级","assigned_agv": "分配的AGV ID","status": "任务状态","created_at": "创建时间","assigned_at": "分配时间","completed_at": "完成时间"
}

数字化工厂中央控制室驾驶舱系统

项目概述

本项目是一个数字化工厂中央控制室驾驶舱系统，提供实时、全面的工厂运行状态可视化监控。系统集成了生产线数据采集、设备状态监控、生产效率分析、质量控制、能耗监测和预测性维护功能，为工厂管理者提供决策支持。

系统特点

• 全面的数据采集：实时采集生产线、设备和环境数据
• 多维度可视化：大屏展示工厂运行状态、KPI指标和异常警报
• 实时监控预警：设备异常、质量波动和生产偏差实时告警
• 生产趋势分析：产能、质量、能耗等多维度数据分析
• 决策辅助功能：基于历史数据的生产优化建议
• 智能AGV调度：基于优化算法的AGV路径规划和任务分配

系统架构

DigitalFactoryDashboard/
├── backend/                # 后端服务
│   ├── api/                # API接口
│   ├── data_acquisition/   # 数据采集模块
│   ├── data_processing/    # 数据处理与分析
│   └── database/           # 数据存储管理
├── middleware/             # 中端服务
│   ├── collector/          # 数据采集中间件
│   ├── database/           # 数据分类存储 
│   ├── algorithm/          # 算法模块
│   │   ├── path_planning/  # 路径规划算法
│   │   └── scheduling/     # 调度算法
│   └── api/                # 中端API接口
├── frontend/               # 前端大屏显示
│   ├── src/                # 源代码
│   │   ├── components/     # 组件
│   │   ├── pages/          # 页面
│   │   └── utils/          # 工具函数
│   └── public/             # 静态资源
└── config/                 # 配置文件

主要功能

生产监控大屏

• 工厂总体运行状况和KPI指标
• 生产线实时状态和产能监控
• 设备运行状态和健康度
• 质量指标监控和异常点显示
• 能耗监控和优化建议

设备管理面板

• 设备实时状态和参数展示
• 历史运行数据查询和图表分析
• 设备异常原因追踪
• 预测性维护预警
• 设备效率分析

生产计划与执行

• 生产计划完成率监控
• 实时生产进度追踪
• 订单完成状态展示
• 生产瓶颈分析
• 产能优化建议

质量控制大屏

• 产品质量实时监控
• 质量问题分布可视化
• 质量趋势分析
• 异常原因快速定位
• SPC控制图表展示

能源管理面板

• 工厂能源消耗监控
• 不同工序能耗对比
• 能耗异常检测与分析
• 节能优化建议
• 能耗成本统计

AGV智能调度系统

• AGV实时状态监控
• 智能路径规划与可视化
• 任务自动分配与优化
• 多AGV协同调度
• 动态避障与路径重规划

技术栈

• 后端：Python, FastAPI, SQLite, Pandas, NumPy, Scikit-learn
• 中端：Python, MongoDB, Networkx, OSRM, PyTorch
• 前端：React, ECharts, Ant Design, WebSocket, Three.js
• 通信：RESTful API, WebSocket, MQTT

接口规范

1. 数据采集接口

数据采集中间件提供以下接口：

GET /api/collector/data/{data_type}
返回指定类型的最新采集数据GET /api/collector/data/{data_type}/history
返回指定类型的历史数据参数:
- data_type: 数据类型 (production, device, energy, agv等)
- start_time: 开始时间
- end_time: 结束时间

2. 算法接口

路径规划算法提供以下接口：

POST /api/algorithm/path/plan
输入参数:
{"agv_id": "AGV-001","start_point": {"x": 10, "y": 20},"end_point": {"x": 90, "y": 80},"obstacles": [{...}],"priority": 1
}返回:
{"path": [{"x": 10, "y": 20},{"x": 30, "y": 20},...],"distance": 120,"estimated_time": 60
}

任务调度算法接口:

POST /api/algorithm/task/schedule
输入参数:
{"tasks": [{"id": "TASK-001", "start": {"x":10, "y":20}, "end": {"x":90, "y":80}, "priority": 1},...],"available_agvs": ["AGV-001", "AGV-002"]
}返回:
{"assignments": [{"agv_id": "AGV-001", "task_id": "TASK-001", "path": [...], "start_time": "..."},...]
}

使用说明

详细的安装和使用说明将在项目开发完成后提供。

开发日志

2025-05-11 中端系统与算法模块集成

会话目的：为数字化工厂中央控制室驾驶舱系统添加中端数据采集系统和智能AGV路径规划算法模块

完成任务：

• 新增中端系统架构，包括数据采集中间件、MongoDB数据存储和算法模块
• 实现A*路径规划算法和基于成本函数的任务调度算法
• 创建中端API接口，提供路径规划和任务调度服务
• 修改前端FactoryMap组件，支持AGV路径可视化显示
• 修改AGVMonitor组件，实现AGV路径跟随功能

关键决策和解决方案：

• 采用三层架构设计：前端、中端、后端分离，中端专注于数据处理和算法支持
• A*算法实现路径平滑处理，减少不必要的拐点
• 任务调度算法基于多维度成本函数，综合考虑距离、电量和优先级
• MongoDB用于存储分类数据，提供灵活的数据查询能力
• WebSocket用于实时更新路径和AGV位置信息

使用的技术栈：

• 中端：Python、FastAPI、MongoDB、asyncio
• 算法：A*路径规划、基于成本函数的多任务调度
• 前端可视化：Canvas绘图、动画效果

修改的文件：

• 新增middleware目录及其子目录结构
• middleware/database/db_config.py：MongoDB数据库配置
• middleware/collector/data_collector.py：数据采集器
• middleware/algorithm/path_planning/a_star.py：A*路径规划算法
• middleware/algorithm/scheduling/task_scheduler.py：任务调度算法
• middleware/api/data_api.py、algorithm_api.py：中端API接口
• middleware/run.py：中端系统启动脚本
• middleware/requirements.txt：中端系统依赖
• frontend/src/pages/FactoryMap.js：修改支持路径显示
• frontend/src/pages/AGVMonitor.js：修改支持路径跟随
• README.md：更新系统架构和开发日志

2025-05-07 添加数据采集监控终端

会话目的：在系统中添加一个实时数据采集监控终端，用于可视化展示数据采集过程

完成任务：

• 添加数据采集监控终端功能，实时显示采集到的数据
• 实现同设备类型的彩色显示效果
• 每10条数据显示一次详细信息

关键决策和解决方案：

• 采用异步协程方式实现数据监控，不影响现有系统功能
• 利用回调机制将数据管理器采集的数据传递给监控终端
• 为不同设备类型设置不同颜色，提高数据可读性

使用的技术栈：

• Python、asyncio
• 终端彩色输出

修改的文件：

• backend/run.py（添加了数据监控终端功能）
• README.md（更新开发日志）

2025-05-10 系统浏览与熟悉

目的：数字化工厂中央控制室驾驶舱系统的整体架构和功能

完成：

• 浏览项目的基本结构与组织方式
• 查看系统的技术栈和主要功能模块
• 了解系统更新日志和新增的冲压车间监控功能

发现：

• 系统采用前后端分离架构，前端基于React，后端基于FastAPI
• 系统具有全面的工厂监控功能，最新版本新增冲压车间监控模块
• 系统包含丰富的数据可视化组件和实时监控能力

使用的技术栈：

• 前端：React, ECharts, Ant Design, WebSocket, Three.js
• 后端：Python, FastAPI, SQLite, Pandas, NumPy, Scikit-learn