CN108983729A - 一种工业生产线数字孪生方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工业生产线数字孪生方法及***，涉及数字化工业生产线的技术领域，通过获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；获取所述生产设备和产品的运行期数据及数字模型，根据所述运行期数据和数字模型生成三维图像，将所述三维图像发送至所述显示终端；控制所述显示终端显示所述生产设备和产品的图像及三维图像，实现工业生产线的数字孪生，以代替传统展示过程中搬移设备和调试设备等的繁琐过程，并且通过数字孪生的三维模型，即可实现客户不受空间和时间无需到工厂即可完成参观、选购和监控生产过程等工作。
Description
技术领域
本发明涉及数字化工业生产线技术领域，尤其是涉及一种工业生产线数字孪生方法及***。
背景技术
工业是指原料采集与产品加工制造的产业。工业是社会分工发展的产物，其先后经历了手工业、机器大工业、现代工业等几个发展阶段。工业决定着国民经济现代化的速度、规模和水平，在国民经济中起着主导作用。随着工业的不断发展，工业生产中所涉及的机械、设备等也不断增多，目前，在一条工厂生产线中通常都包含多个相互协作的机械、设备，即由这些相互协作的机械、设备来依次完成工作制造的各个环节。
目前，工业4.0和数字化工厂的概念相当火热，但是很多企业对数字化工厂的概念都理解不一样，有人认为计算机建模加自动化控制生产就是工业4.0了，但是这远远没有达到工业4.0的要求，为了展现工业4.0的魅力，很多企业都在搭建数字化工厂的示范线，即将整个生产过程中的设备连接在一起对外进行展示，这些设备虽然是一个微缩版，但是仍然非常大，为了进行展示而移动的话非常困难，而且涉及到拆装后的调试等等工作。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工业生产线数字孪生方法及***，以解决现有技术中对工厂生产线进行展示但移动非常困难，而且涉及到拆装后的调试等等工作的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种工业生产线数字孪生方法，所述方法包括如下步骤：
获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；
获取所述生产设备和产品的运行期数据及数字模型，根据所述运行期数据和数字模型生成三维图像，将所述三维图像发送至所述显示终端；
控制所述显示终端显示所述生产设备和产品的图像及三维图像。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
获取客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识；
根据所述产品标识确定所述产品，根据所述生产设备标识确定所述生产设备。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当所述产品生产完成时，根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度；
若所述损耗程度超过预设阈值，向管理平台发送预警信息。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
接收所述显示终端的发送的控制指令，根据所述控制指令执行所述获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端步骤。
第二方面，本发明实施例还提供一种工业生产线数字孪生***，包括：传感器、摄像头、显示终端和执行上的工业生产线数字孪生方法的处理器；
所述摄像头与所述处理器连接，所述摄像头用于获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；
所述传感器与所述处理器连接，所述传感器用于获取所述生产设备和产品的运行期数据，向所述处理器发送所述生产设备和产品的运行期数据；
所述处理器与所述显示终端连接，所述处理器用于从数据库中获取所述生产设备和产品的数字模型，并根据所述生产设备和产品的运行期数据和数字模型生成三维图像，向所述显示终端发送所述三维图像；以及，根据控制指令控制所述摄像头获取所述生产设备和产品的图像；
所述显示终端用于将所述三维图像显示出来；以及向所述显示终端的发送的控制指令。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：展示模块；
所述展示模块与所述处理器连接，所述展示模块用于显示若干产品及产品对应的二维码，便于客户使用终端设备扫描所述二维码；以及，获取客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识，向所述处理器发送所述客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括：打印模块；
所述打印模块与所述处理器连接，所述打印模块用于根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：报警模块和管理平台；
所述报警模块与所述处理器和所诉管理平台连接，所述报警模块用于根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度；
若所述损耗程度超过预设阈值，向所述管理平台发送预警信息。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述显示终端包括：PC端和VR设备。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明通过所述摄像头与所述处理器连接，所述摄像头用于获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；所述传感器与所述处理器连接，所述传感器用于获取所述生产设备和产品的运行期数据，向所述处理器发送所述生产设备和产品的运行期数据；所述处理器与所述显示终端连接，所述处理器用于从数据库中获取所述生产设备和产品的数字模型，并根据所述生产设备和产品的运行期数据和数字模型生成三维图像，向所述显示终端发送所述三维图像；以及，根据控制指令控制所述摄像头获取所述生产设备和产品的图像；所述显示终端用于将所述三维图像显示出来；以及向所述显示终端的发送的控制指令。实现工业生产线的数字孪生，以代替传统展示过程中搬移设备和调试设备等的繁琐过程，并且通过数字孪生的三维模型，即可实现客户不受空间和时间无需到工厂即可完成参观、选购和监控生产过程等工作。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种工业生产线数字孪生方法流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图；
图4为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图；
图5为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图；
图6为本发明实施例提供的一种工业生产线数字孪生***模块示意图。
图标：
01-处理器；02-摄像头；03-传感器；04-显示终端；05-展示模块；06-打印模块；07-报警模块；08-管理平台。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前很多企业都在搭建数字化工厂的示范线，即将整个生产过程中的设备连接在一起对外进行展示，这些设备虽然是一个微缩版，但是仍然非常大，为了进行展示而移动的话非常困难，而且涉及到拆装后的调试等等工作，基于此，本发明实施例提供的一种工业生产线数字孪生方法及***，可以实现工业生产线的数字孪生，以代替传统展示过程中搬移设备和调试设备等的繁琐过程，并且通过数字孪生的三维模型，即可实现客户不受空间和时间无需到工厂即可完成参观、选购和监控生产过程等工作。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种工业生产线数字孪生方法进行详细介绍，如图1所示的为本发明实施例提供的一种工业生产线数字孪生方法流程图，所述方法包括如下步骤：
步骤S200，获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；
在本发明实施例中，可以通过工厂内的摄像头拍摄生产设备和产品的图像，将图像实时传输至终端，以便参观到工厂内实际生产情况。
步骤S300，获取所述生产设备和产品的运行期数据及数字模型，根据所述运行期数据和数字模型生成三维图像，将所述三维图像发送至所述显示终端；
在本发明实施例中，通过获取所述生产设备和产品的数字模型，可以使用各生产设备上的传感器获取生产设备和产品的运行期数据(包括：运行轨道等)，通过将所述运行期数据输入数字模型，使三维模型的运动趋势与实际生产线中生产设备或产品的运动趋势保持一致，以保证参观者能够实时观察到生产线设备以及产品以三维模型的形式展示。通过数字孪生的方法展示工业生产线，不仅免去将大型设备搬运至现场以及安装拆解的繁重工作，并且如果涉及到无法搬运到现场的大型生产线，也可能通过数字孪生的方式将工厂的生产线展示出来。
步骤S400，控制所述显示终端显示所述生产设备和产品的图像及三维图像。
在本发明实施例中，通过显示终端展示实时拍摄的图像即三维图像，参观者可根据自行需要随机切换两种模式，以遍全方位的参观工厂的生产线，给参观者带来更好的参观体验，具体的显示终端可以为PC端或者VR设备，可能设置于展厅用于展示工厂的生产线，也可以对接下单客户的PC端，便于客户对生产线的自行监控，具体实施方式可依据实际情况而定，本发明对此不做限定。
在本发明的又一实施例中，如图2所示的为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图，所述方法还包括：
步骤S101，获取客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识；
步骤S102，根据所述产品标识确定所述产品，根据所述生产设备标识确定所述生产设备。
在本发明实施例中，本发明实施例对确定客户下单的对象产品的方式不做限定，即客户可以通过扫描二维码下单，也可以在现场展厅通过上述实施例中所述的方法体验之后，确定需要的产品，通过所述工作人员手动录入产品的标识，通过在预先设置的数据库中查找所述产品对应的生产设备的标识，再根据所述产品标识确定所述产品，根据所述生产设备标识确定所述生产设备，即可让客户能够随时查看生产情况，即便不能身处其境也能够起到监管的效果。
在本发明的又一实施例中，如图3所示的为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图，所所述方法还包括：
步骤S500，当所述产品生产完成时，根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上。
在本发明实施例中，所述客户信息包括客户的姓名和收件地址，当所述产品生产完成时，根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上，以便将产品通过邮寄或快运等方式送至客户的收件地址处。
在本发明的又一实施例中，如图4所示的为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图，所所述方法还包括：
步骤S601，根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度；
步骤S602，若所述损耗程度超过预设阈值，向管理平台发送预警信息。
在本发明实施例中，本发明对所述根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度的方法不做限定，例如：使用线性回归法求极值，通过收集所述生产设备的运行期数据，将一段时间内的运动参数使用线性回归法求极值，则该极值则为所述生产设备的损耗程度，若该极值超过预设阈值，向所述管理平台发送预警信息。本发明对此不做限定，其他类似能实现相同功能的算法也可以使用。
在本发明的又一实施例中，如图5所示的为本发明实施例提供的另一种工业生产线数字孪生方法流程图，所所述方法还包括：
步骤S700，接收所述显示终端的发送的控制指令，根据所述控制指令执行所述获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端步骤。
在本发明实施例中，所述通过显示终端展示实时拍摄的图像即三维图像，参观者可根据自行需要随机切换两种模式，并且可以通过手动方式从自己所需的角度查看生产线，以遍全方位的参观工厂的生产线，给参观者带来更好的参观体验，具体的显示终端可以为PC端或者VR设备，可能设置于展厅用于展示工厂的生产线，也可以对接下单客户的PC端，便于客户对生产线的自行监控，具体实施方式可依据实际情况而定，本发明对此不做限定。
本发明实施例提供的一种工业生产线数字孪生***，与上述实施例提供的一种工业生产线数字孪生方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，如图6所示的为本发明实施例提供的一种工业生产线数字孪生***模块示意图，所所述工业生产线数字孪生***包括：传感器03、摄像头02、显示终端04和执行所述工业生产线数字孪生方法的处理器01；
所述摄像头02与所述处理器01连接，所述摄像头02用于获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端04；
在本发明实施例中，可以通过工厂内的摄像头02拍摄生产设备和产品的图像，将图像实时传输至终端，以便参观到工厂内实际生产情况。
所述传感器03与所述处理器01连接，所述传感器03用于获取所述生产设备和产品的运行期数据，向所述处理器01发送所述生产设备和产品的运行期数据；
在本发明实施例中，通过获取所述生产设备和产品的数字模型，可以使用各生产设备上的传感器03获取生产设备和产品的运行期数据(包括：运行轨道等)，通过将所述运行期数据输入数字模型，使三维模型的运动趋势与实际生产线中生产设备或产品的运动趋势保持一致，以保证参观者能够实时观察到生产线设备以及产品以三维模型的形式展示。通过数字孪生的方法展示工业生产线，不仅免去将大型设备搬运至现场以及安装拆解的繁重工作，并且如果涉及到无法搬运到现场的大型生产线，也可能通过数字孪生的方式将工厂的生产线展示出来。
所述处理器01与所述显示终端04连接，所述处理器01用于从数据库中获取所述生产设备和产品的数字模型，并根据所述生产设备和产品的运行期数据和数字模型生成三维图像，向所述显示终端04发送所述三维图像；以及，根据控制指令控制所述摄像头02获取所述生产设备和产品的图像；
在本发明实施例中，所述处理器01用于从数据库中获取所述生产设备和产品的数字模型，通过传感器03获取所述生产设备的运行期数据，使参观者能够看到三维模型与实际工厂中的生产线运动趋势保持一致，达到工厂的生产线数字孪生的技术效果，以代替传统展示过程中搬移设备和调试设备等的繁琐过程，并且通过数字孪生的三维模型，即可实现客户不受空间和时间无需到工厂即可完成参观、选购和监控生产过程等工作。
所述显示终端04用于将所述三维图像显示出来；以及向所述显示终端04的发送的控制指令。
在本发明实施例中，通过显示终端04展示实时拍摄的图像即三维图像，参观者可根据自行需要随机切换两种模式，并且可以通过手动方式从自己所需的角度查看生产线，以遍全方位的参观工厂的生产线，给参观者带来更好的参观体验，具体的显示终端04可以为PC端或者VR设备，可能设置于展厅用于展示工厂的生产线，也可以对接下单客户的PC端，便于客户对生产线的自行监控，具体实施方式可依据实际情况而定，本发明对此不做限定。
在本发明实施例中，所述工业生产线数字孪生***还包括：展示模块05；
所述展示模块05与所述处理器01连接，所述展示模块05用于显示若干产品及产品对应的二维码，便于客户使用终端设备扫描所述二维码；以及，获取客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识，向所述处理器01发送所述客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识。
其中，所述展示模块05可以是PC端，参观者在参观之后决定选购产品，通过屏幕上的二维码下单，所述屏幕展示模块05并不仅限于展厅内的PC端，当客户使用终端加载产品页面时，将产品的二维码发送给客户，就如同网购一样，只要客户条件满足，即可足不出户参观工厂的整条生产线，完成下单，监控生产，签收这一系列的过程。
在本发明实施例中，所述工业生产线数字孪生***还包括：打印模块06；
所述打印模块06与所述处理器01连接，所述打印模块06用于根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上。
其中，所述客户信息包括客户的姓名和收件地址，当所述产品生产完成时，根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上，以便将产品通过邮寄或快运等方式送至客户的收件地址处。
在本发明实施例中，所述工业生产线数字孪生***还包括：报警模块07和管理平台08；
所述报警模块07与所述处理器01和所诉管理平台08连接，所述报警模块07用于根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度；
若所述损耗程度超过预设阈值，向所述管理平台08发送预警信息。
其中，报警模块07根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度的方法不做限定，例如：使用线性回归法求极值，通过收集所述生产设备的运行期数据，将一段时间内的运动参数使用线性回归法求极值，则该极值则为所述生产设备的损耗程度，若该极值超过预设阈值，向所述管理平台08发送预警信息。本发明对此不做限定，其他类似能实现相同功能的算法也可以使用。
在本发明实施例中，所述显示终端04包括：PC端和VR设备。
其中，使用虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真***，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的***仿真使用户沉浸到该环境中。利用VR头盔或显示器，除了可以获取计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官，通过VR头盔或显示器的使用能够使人的感官体验更好，并且可以自由切换视角及切换实时拍摄的画面，灵活度高，参观体验好，其他具有类似显示功能的设备可依据实际情况使用。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种工业生产线数字孪生方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；
获取所述生产设备和产品的运行期数据及数字模型，根据所述运行期数据和数字模型生成三维图像，将所述三维图像发送至所述显示终端；
控制所述显示终端显示所述生产设备和产品的图像及三维图像。
2.根据权利要求1所述的工业生产线数字孪生方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识；
根据所述产品标识确定所述产品，根据所述生产设备标识确定所述生产设备。
3.根据权利要求2所述的工业生产线数字孪生方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述产品生产完成时，根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上。
4.根据权利要求3所述的工业生产线数字孪生方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度；
若所述损耗程度超过预设阈值，向管理平台发送预警信息。
5.根据权利要求4所述的工业生产线数字孪生方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述显示终端的发送的控制指令，根据所述控制指令执行所述获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端步骤。
6.一种工业生产线数字孪生***，其特征在于，包括：传感器、摄像头、显示终端和执行如权利要求1-5所述的工业生产线数字孪生方法的处理器；
所述摄像头与所述处理器连接，所述摄像头用于获取生产设备和产品的图像，将所述生产设备和产品的图像发送显示终端；
所述传感器与所述处理器连接，所述传感器用于获取所述生产设备和产品的运行期数据，向所述处理器发送所述生产设备和产品的运行期数据；
所述处理器与所述显示终端连接，所述处理器用于从数据库中获取所述生产设备和产品的数字模型，并根据所述生产设备和产品的运行期数据和数字模型生成三维图像，向所述显示终端发送所述三维图像；以及，根据控制指令控制所述摄像头获取所述生产设备和产品的图像；
所述显示终端用于将所述三维图像显示出来；以及向所述显示终端的发送的控制指令。
7.根据权利要求6所述的工业生产线数字孪生***，其特征在于，还包括：展示模块；
所述展示模块与所述处理器连接，所述展示模块用于显示若干产品及产品对应的二维码，便于客户使用终端设备扫描所述二维码；以及，获取客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识，向所述处理器发送所述客户信息及订购的产品标识和用于生产所述产品的生产设备标识。
8.根据权利要求7所述的工业生产线数字孪生***，其特征在于，还包括：打印模块；
所述打印模块与所述处理器连接，所述打印模块用于根据所述客户信息生成二维码，将所述二维码打印到产品上。
9.根据权利要求8所述的工业生产线数字孪生***，其特征在于，还包括：报警模块和管理平台；
所述报警模块与所述处理器和所诉管理平台连接，所述报警模块用于根据所述生产设备的运行期数据判断所述生产设备的损耗程度；
若所述损耗程度超过预设阈值，向所述管理平台发送预警信息。
10.根据权利要求9所述的工业生产线数字孪生***，其特征在于，所述显示终端包括：PC端和VR设备。
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