混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用前景

張 波

（河鋼唐鋼信息自動化部不銹鋼站，河北 唐山 063000）

隨著科技的進(jìn)步，虛擬技術(shù)得到了大力的發(fā)展，如虛擬機(jī)、虛擬CPU、虛擬桌面、虛擬文件等等，而自從被譽(yù)為中國虛擬現(xiàn)實(shí)元年的2016年開始，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，而混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在醫(yī)療、教育、汽車、娛樂、體育等很多領(lǐng)域已經(jīng)得到很好的應(yīng)用，而在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用卻還是一片空白。虛擬技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢，并且在國家大力倡導(dǎo)智能制造與工業(yè)4.0的前提下，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵行業(yè)必將會賦予更多的期待。

1 虛擬技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)模擬出與現(xiàn)實(shí)仿真度極高的環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），是一種實(shí)時地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，通過屏幕可以看到虛擬景象與現(xiàn)實(shí)世界的融合。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（MR），可以說是VR和AR技術(shù)的融合，該技術(shù)通過在現(xiàn)實(shí)場景呈現(xiàn)虛擬場景信息，在現(xiàn)實(shí)世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，使用戶得到更真實(shí)的體驗(yàn)感。混合現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵在于在能夠與現(xiàn)實(shí)世界中的各種虛擬事物進(jìn)行交互以及信息的及時獲取。如果一切事物都是虛擬的那就是VR，如果虛擬事物只能簡單疊加在現(xiàn)實(shí)事物上，那就是AR了。

2 組成結(jié)構(gòu)

一個完整的混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由一組緊密聯(lián)結(jié)，實(shí)時工作的硬件部件與相關(guān)的軟件系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)的，通常包括MR設(shè)備、功能服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、終端電腦、網(wǎng)絡(luò)以及強(qiáng)大的功能軟件（如圖）。

圖1 混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成

2.1 MR設(shè)備

MR設(shè)備主要分為移動顯示設(shè)備和頭戴式顯示器。移動顯示設(shè)備有手機(jī)、平板電腦等，頭戴式顯示器有MR智能眼鏡和MR頭盔等，其中MR智能眼鏡重量輕，佩戴方便，因此在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用更為廣泛。

當(dāng)人們佩戴上MR智能眼鏡后，根據(jù)不同用途及軟件系統(tǒng)，會在眼前生成不同的虛擬圖像，人們可以用手觸碰虛擬圖像中的各種物品、文字等以實(shí)現(xiàn)不同的功能。而在鋼鐵行業(yè)中，我們可以在虛擬世界中模擬軋鋼、拆卸設(shè)備、查詢信息、學(xué)習(xí)技術(shù)等。

2.2 功能服務(wù)器

功能服務(wù)器上安裝了所需功能的軟件，這些軟件可以根據(jù)不同的用途由MR開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。在鋼鐵行業(yè)中，可以是模擬軋鋼的教學(xué)軟件，也可以是設(shè)備維護(hù)維修的培訓(xùn)軟件，還可以是設(shè)備的點(diǎn)巡檢軟件等。

由于MR技術(shù)需要進(jìn)行大量的渲染及數(shù)據(jù)交互，功能服務(wù)器所需配置一般很高，尤其是顯卡、CPU和內(nèi)存要求很高，具體配置需要根據(jù)不同的用途來進(jìn)行選擇。

2.3 數(shù)據(jù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)服務(wù)器用于與功能服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對設(shè)備信息、點(diǎn)巡檢信息、測量信息等進(jìn)行歸檔，并且對信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，生成數(shù)據(jù)曲線，為生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)提供有效的數(shù)據(jù)支持。另外，數(shù)據(jù)服務(wù)器上還可以存放圖紙資料、維修方法、應(yīng)急預(yù)案等，方便員工快速查詢，處理問題。

2.4 終端電腦

終端電腦用于對各種數(shù)據(jù)的查詢與維護(hù)，可以生成數(shù)據(jù)報表，查看數(shù)據(jù)曲線，查看設(shè)備維護(hù)周期，維護(hù)點(diǎn)巡檢內(nèi)容，維護(hù)設(shè)備元器件錄入等，具體功能可以根據(jù)不同需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.5 網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)由有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)組成，有線網(wǎng)絡(luò)用于服務(wù)器之間、服務(wù)器和終端電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸，主要依托于交換機(jī)和網(wǎng)線；無線網(wǎng)絡(luò)主要用于MR智能眼鏡和功能服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，但是由于現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度較慢，限制了MR設(shè)備的使用效果。然而，隨著5G時代的即將到來，10Gbps的傳輸速率將會有效的解決這一問題。

2.6 功能軟件

功能軟件是根據(jù)企業(yè)需要，由專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)的應(yīng)用軟件，是MR技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)，可以集教學(xué)、培訓(xùn)、維護(hù)、查詢等功能于一體，構(gòu)成一套完整的適用于鋼鐵行業(yè)的集成系統(tǒng)。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 實(shí)操培訓(xùn)

在鋼鐵行業(yè)中，新員工剛剛走上工作崗位，對工藝和設(shè)備都不熟悉，需要進(jìn)行一系列的培訓(xùn)，包括查閱資料，室內(nèi)授課，現(xiàn)場講解等，一般采用老人帶新人的模式。新員工要想勝任工作崗位，就必須要實(shí)際操作，熟悉設(shè)備，而正常生產(chǎn)中不可能讓新員工上來就去操作設(shè)備，只能邊看邊學(xué)邊記，偶爾嘗試操作，學(xué)習(xí)周期長，且實(shí)際操作出錯率高。

MR技術(shù)可以給新員工提供一個全息的模擬平臺，只需員工帶上MR智能眼鏡，看向要操作的設(shè)備時，就會看到該設(shè)備的虛擬圖像，員工只需操作虛擬設(shè)備，就能模擬真實(shí)設(shè)備的運(yùn)行，如果操作錯誤，也對真實(shí)設(shè)備沒有影響，再配上語音講解和圖像注釋，讓新員工可以快速地熟練掌握設(shè)備的操作。

3.2 故障處理

鋼鐵行業(yè)設(shè)備種類多種多樣、現(xiàn)場工作環(huán)境極為復(fù)雜，日常維護(hù)維修工作已經(jīng)成為日益嚴(yán)峻的難題。維修人員要具有相當(dāng)大的設(shè)備知識儲備量，需要識別不同品牌、型號的器件，分析設(shè)備故障原因，針對不同的器件選擇合適的工具進(jìn)行維修更換，熟知各種設(shè)備的維修方法，需要大量的經(jīng)驗(yàn)積累，很明顯，這樣做效率較低，出錯率偏高，而且對維修人員的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)要求也比較高。

如果維修人員佩戴MR智能眼鏡，看向設(shè)備時就可以得知設(shè)備的產(chǎn)品型號、維修記錄等，顯示解決設(shè)備故障的具體操作步驟，甚至細(xì)到如何拆卸零部件，這樣可以大大減少維修人員的處理時間，起到一個很好的輔助作用。

通過MR技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作及工作指導(dǎo)，讓后臺專家看到前臺維修人員的第一視角畫面，實(shí)時提供高效率的工作指示與指導(dǎo)，降低人為錯誤、因?yàn)楝F(xiàn)場人員經(jīng)驗(yàn)不足而產(chǎn)生的效率低下、等待專家的時間耗費(fèi)等情況，同時提高工作安全性。

3.3 設(shè)備維檢

要想將設(shè)備維護(hù)好，日常點(diǎn)巡檢和檢修必不可少。當(dāng)員工佩戴上MR智能眼鏡點(diǎn)檢設(shè)備時，可以通過虛擬畫面看到該設(shè)備的點(diǎn)檢周期，上次點(diǎn)檢時間，點(diǎn)檢內(nèi)容，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等，并把本次點(diǎn)檢的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對，便可知道設(shè)備運(yùn)行是否正常，且把本次數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器歸檔。

檢修時，測量設(shè)備器件的一些參數(shù)（比如可控硅的電阻），也可以通過MR智能眼鏡與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對，確定該器件是否需要更換，以及查看器件的更換周期、型號、廠家等。

4 結(jié)束語

MR技術(shù)仍處于發(fā)展階段，還存在著許多制約因素，比如設(shè)備昂貴，數(shù)據(jù)傳輸速率慢等，然而，隨著MR技術(shù)的不斷發(fā)展，MR設(shè)備的不斷完善，尤其是5G時代的即將到來，未來將是虛擬與現(xiàn)實(shí)完美融合的時代，并且將會有更多的領(lǐng)域引入MR技術(shù)，相信MR技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用范圍也會更加廣泛，能夠更好的服務(wù)于生產(chǎn)。