摘 要

3D打印技术与传统制造方法相比具有节省材料，更高的精度和制件复杂度，成本较低等优点。3D打印技术用于智能化制造，对工业4.0发挥着重要支撑作用。3D打印装备在运行过程中，产生大量的运行状态信息，需要满足实时性与可靠性的存储系统，进行这些信息的存储，为状态监控与信息挖掘奠定基础。

本论文主要目的是进行大规模3D打印数据的存储与访问方法研究。通过关系数据库的设计及MQTT协议的构建，实现对数据的存储及订阅访问，达到对3D打印设备实时状态监控的目的，主要工作为：

（1）总体设计方案的确定，本设计以java为编程语言，Spring Boot和layui为编程框架，MVC为程序设计模式以及技术路线的确定。

（2）3D打印物联服务平台数据处理系统设计，本部分实现了3D打印物联服务平台与数据库之间的数据交互以及整合MQTT协议实现对3D打印运行状态数据的订阅和存储，为3D打印物联服务平台的设备管理和设备监控模块的实现奠定基础。

（3）3D打印物联服务平台前台设计，实现了3D打印物联服务平台的设备管理和设备监控模块。设备管理模块中具体实现了设备搜索、设备新增和设备信息查看功能；设备监控模块实现了3D打印运行状态信息的可视化。

（4）3D打印物联服务平台测试，对设备管理和设备监控模块的中功能进行了测试，测试结果表明3D打印物联服务平台实现了对3D打印设备运行状态信息监控的需求。

关键词：MQTT协议；3D打印技术；3D打印物联服务平台

Abstract

Compared with traditional manufacturing methods, 3D printing technology has the advanta

ges of saving materials, higher precision and complexity of parts, and lower cost. 3D printing tec

hnology is used in intelligent manufacturing and plays an important supporting role for Industry 4.0. During the operation of 3D printing equipment, a large amount of operating status informati

on is generated, and a storage system that meets real-time and reliability needs to be stored. The storage of this information lays the foundation for status monitoring and information mining.

The main purpose of this thesis is to study the storage and access methods of large-scale 3D printing data. Through the design of the relational database and the construction of the MQTT protocol, data storage and subscription access can be achieved to achieve the purpose of real-tim

e status monitoring of 3D printing equipment. The main work is:

(1) Determination of the overall design plan. This design uses java as the programming language, Spring Boot and layui as the programming framework, and MVC as the programming mode and technical route.

(2) 3D printing IoT service platform data processing system design, this part realizes the data interaction between the 3D printing IoT service platform and the database and integrates the MQTT protocol to realize the subscription and storage of 3D printing operating status data for 3D printing The equipment management and equipment monitoring module of the IoT service platform lay the foundation.

(3) The front desk design of the 3D printing IoT service platform realizes the device management and device monitoring module of the 3D printing IoT service platform. The device management module specifically implements device search, new device addition and device information viewing functions; the device monitoring module implements visualization of 3D printing operating status information.

(4) Testing of the 3D printing IoT service platform, which tested the middle functions of the device management and device monitoring modules. The test results showed that the 3D printing IoT service platform fulfilled the need to monitor the operating status of 3D printing equipment.

Keywords: MQTT protocol; 3D printing technology; 3D printing IoT service platform

目录

摘要 I

Abstract........................................................ I

第一章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内相关研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

1.3本设计研究内容和论文组织架构 2

1.3.1 本文研究内容 2

1.3.2 全文组织架构 3

第二章 系统总体方案设计 5

2.1 需求分析 5

2.1.1业务需求 5

2.1.2 技术需求 5

2.2技术框架 5

2.2.1 Java环境 5

2.2.2 Spring Boot和layui框架 6

2.2.1数据库设计 7

2.2.2开发环境 8

2.3通讯协议 10

2.4数据通讯流程 10

2.5 技术路线 11

2.6 本章小结 11

第三章 3D打印物联服务平台数据处理系统设计 12

3.1 3D打印机设备信息读写接口设计 12

3.1.1 3D打印机设备信息读写接口 12

3.1.2 PDevice类与 p_device表映射关系的建立 13

3.1.3 p_device表与PDevice类数据交互实现 13

3.2 3D打印机实时数据读写接口设计 15

3.2.1 3D打印机实时数据读写接口 15

3.2.2 MqttData类与p_mqtt_data表映射关系建立 16

3.2.3 p_mqtt_data表与MqttData类数据交互实现 17

3.3 3D打印机主题订阅和实时数据存储设计 18

3.3.1 3D打印机主题订阅实现 18

3.3.2 3D打印机实时数据的存储 19

3.4 本章小结 21

第四章 3D打印物联服务平台前台设计 22

4.1 设备管理模块设计 22

4.1.1 设备管理模块组成 22

4.1.2设备管理模块UI界面设计 22

4.1.2.1设备监控模块主体页面设计 28

4.1.2.2新增按钮弹出页面和查看按钮弹出页面设计 28

4.1.3 设备管理模块功能实现 23

4.1.3.1设备管理模块主体页面数据渲染实现 28

4.1.3.2设备搜索功能实现 28

4.1.3.3设备新增功能实现 28

4.2 设备监控模块设计 27

4.2.1设备监控模块组成 27

4.2.2设备监控模块UI设计 28

4.2.2.1设备监控模块主体页面设计 28

4.2.2.2实时状态查看按钮弹出页面设计 28

4.2.3设备监控模块功能实现 29

4.2.3.1连接按钮和停止按钮功能实现 29

4.2.3.2实时状态查看按钮功能实现 32

4.3本章小结 33

第5章 3D打印物联服务平台测试 34

5.1 物联服务平台功能测试 34

5.2 设备监控模块功能测试 34

5.2.1 设备搜索功能测试 34

5.2.2 新增按钮功能测试 35

5.2.3 查看按钮功能测试 36

5.3 设备监控模块功能测试 37

5.3.1 连接按钮和停止按钮功能测试 37

5.3.2 实时状态查看按钮功能测试 40

5.4 本章小结 41

第六章 总结 42

参考文献 42

附录A 42

致谢 50

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

增材制造（AM），也称为3D打印，近年来经历了指数级的发展。随着物联网技术的发展和移动终端的普及,人们更加希望能够随时随地方便地获取信息和服务^[1];随着物联网技术的飞速发展,很多高校也开展了相应的物联网实践课程;随着物联网技术的快速发展,物与物、人与人之间的相互连接更加紧密,促使人们的生活方式不断发生变化。基于物联网技术的智能家居系统,为人们的日常生活提供了便利。今天全球越来越多变的市场，全球市场参与者数量的增加，短命的销售市场，客户对个性化产品的需求和越来越精巧的生产流程等不断挑战着传统制造业的生产范式,传统制造业的生产范式很难适应这些需求。未来制造的范式将是工业4.0的智能化制造-分布式制造模式。而3D打印技术在未来制造中发挥着重要的作用。

在工业4.0的背景下，3D打印技术正在崭露头角，该技术可透过互联网信息技术平台，和物联网，大数据，云平台开发技术等众多先进技术融合实现智能制造。其中云平台开发技术可以为用户提供快捷3D建模，打印设备的联网接入和打印预处理。云平台开发技术包括云平台架构设计，云对象数据存储技术，云平台监控分析系统和运维管理系统技术等。本文主要针对大量3D打印机接入云服务平台所产生的大规模实时数据的处理问题，研究基于云服务平台的实时数据通信，解析，显示等技术，实现web环境下对3D打印设备运行状态的监控。重点改进由于数据量过大所引起数据库承受压力过大的问题，提高系统的实时性和可靠性。

1.2国内外研究现状