作業標準可視化在煙草物流中的探索與應用

黃建平 彭弢 汲瀟濱

摘 ?要：經調研發現，傳統的物流作業標準化規范培訓重理論，輕實際，不夠直觀，參加培訓需要從生產中抽調人員，打亂正常排班，影響日常工作，培訓效果不佳。文章通過對煙草物流作業標準培訓現狀的分析，提出了基于AR技術的智慧物流作業標準可視化平臺，著力培養作業人員標準化意識，有效減少了無效勞動環節，降低了學習成本，提升了標準化能力。

關鍵詞：煙草物流;作業標準;AR技術;3D交互技術

中圖分類號：TP311.13 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0116-03

Abstract：It is found through investigation that the traditional logistics standardized operation training emphasizes theory，neglects reality and is not intuitive enough. It needs to transfer personnel from production to participate in the training，disrupts normal scheduling，affects daily work and the training effect is not good. Based on the analysis of the current situation of tobacco logistics operation standard training，this paper proposes an intelligent logistics operation standard visualization platform based on AR technology，which focuses on training operatorsstandardization awareness，reducing ineffective labor links，reducing learning costs and improving standardization ability.

Keywords：tobacco logistics;operation standard;AR technology;3D interactive technology

0 ?引 ?言

如今我國煙草物流的飛速發展，人們對于煙草流通渠道的眼界逐漸放寬，隨后，物流產業更是將信息流、商流和物流有效綜合利用，擺脫了傳統的商業物資流通方式，引進先進的現代流通技術，使得煙草更為快捷方便地被人們獲取。在相關工作者與社會的共同努力建設下，煙草行業終于得以實現重大突破，從開始的亦步亦趨，到如今的穩定發展，煙草物流建設遵循著小起步點到大方向發展的自身原則，在市場上占據了一席之地。

雖然煙草行業在建設體系以及操作規范上已貫徹落實相關的制度與要求，但是由于員工文化水平參差不齊，通過傳統的方式學習、掌握物流作業標準規范很難達到理想效果，因此這一系列的應用在推廣中遭遇到了各種困難，導致標準規范制度的普及一再停滯。

貴州省煙草公司畢節市公司卷煙物流配送中心一直秉承科技創新的理念，探索并研究以AR和3D等技術為基礎，通過圖文、動畫模擬等新媒介，針對重要作業環節及崗位操作，建設并形成了一套可交互的統一標準規范。引導作業人員標準操作走向，將被動接受轉化成主動操作，給學習帶來新鮮感，在親身體驗過程中加深記憶與理解，進而實現相關規范、操作的掌握。

1 ?物流作業標準化分析

1.1 ?現狀及問題

物流作業標準化規范在煙草物流的安全生產工作中具有非常重要的作用，但物流作業標準化規范的設計制作、管理、培訓和使用方面均存在不少問題。

1.1.1 ?原始素材獲取與維護困難

物流作業標準化規范在編寫過程中，收集、整理素材工作常常占用編制人員大量時間，勞動強度很大。例如，僅一幅設備插圖，其中的設備多角度展示圖就很難詳細繪制，且形成的成果往往分散在各個班組的專業人員手中，缺乏集中共享管理途徑，重用性低。

1.1.2 ?不便于學習掌握

目前的物流作業標準化規范多為紙質文件或Word文檔，大部分通過文字、表格來描述生產作業的動作流程、完成標準。由于靜態圖文缺乏互動能力，不夠直觀形象，難以被初學者理解與記憶，大量的生產作業知識即便是熟練者也難以記憶;使用者只能被動接受，只有通過現場反復觀摩、實際操作才能逐漸理解和掌握。

1.1.3 ?更新工作滯后

由于物流作業標準化規范缺乏集中共享的管理途徑，一旦相關設備的生產作業資料變更、調整，勢必導致已經發布的物流作業標準化規范難以及時更新，也無法保證所有相關部門、人員都能迅速獲取到相應的版本資料，很可能造成運維檢修上的問題，進而產生安全生產隱患。

1.2 ?平臺目標

畢節市公司卷煙物流配送中心為配合設備管理信息化建設工作，由儲配部牽頭，信息部配合，編制倉儲、分揀設備運維管理體系標準，包括設備操作及保養工作規程、設備操作作業指導書（設備SOP）、設備運維管理標準、備品備件管理標準、設備運維管理數據分析辦法、崗位作業指導書（崗位SOP）等。但是在這些作業標準化規范的貫徹和執行上，目前一直都是通過統一的授課進行下達和講解，而這種傳統的教育模式會產生大量以圖文為主的標準化文件，不僅內容復雜而且不夠直觀，作業人員很難快速獲取和掌握執行內容，導致培訓周期過長，文件執行力也將大打折扣。

通過智慧物流作業標準可視化平臺的建設，使傳統的作業標準化規范的學習更加生動和全面，讓作業人員主動發現操作過程中的問題，及時改正，進一步提高物流作業標準化水平。幫助煙草物流快速建立健全的標準化教育體系，同時開展多維度的作業標準化學習與培訓，增強作業人員標準化作業意識，有效推進標準化作業的實施，降低無效作業環節，提升人身安全保障，達到精益管理的目的。

1.3 ?應用前景

運用智慧物流作業標準可視化平臺可以明顯提高煙草物流在崗位標準認知的工作效率，從而降低工作成本，使作業人員充分的學習到標準規范的作業步驟，從而改變了習慣性違規的錯誤，從另一方面來看，該平臺極大地降低了作業人員的培訓成本，為作業人員培訓教學提供更為高效、優秀的新模式。

2 ?主要技術難點和創新點

2.1 ?技術難點

智慧物流作業標準可視化平臺通過3D交互技術實現三維內容的呈現和用戶交互，采用三維實時分布式渲染技術來實現無限大規模場景的實時渲染，與其他技術的比較具有畫面表現真實、互動性強、適合拓展物流作業標準可視化功能應用等特點。需要達到以下標準。

2.1.1 ?智能加載技術

智慧物流作業標準可視化平臺以增強現實技術（Augmented Reality，AR）和3D交互技術為基礎，會使得移動終端承載大量的三維場景數據資源，因此對硬件的要求會比較高。為保證三維場景可以在移動端上流暢運行，需研究和實現一種智能的數據加載技術。

當AR圖像識別完畢后，三維引擎會根據呈現視角的距離，自動計算三維渲染數據，采用分布式加載方式，由近到遠的順序呈現三維內容。引擎將遠處場景進行二次處理，降低模型精度和貼圖質量，讓高質量的圖像始終面向用戶最前端，以此來優化提升渲染效率。同時三維引擎還應具備場景卸載功能，即在切換新場景時應對前一三維場景數據進行卸載，并完成初始化，確保最流暢的用戶體驗。

2.1.2 ?高效的渲染內核

3D交互技術采用先進的軟件系統架構對復雜的三維空間進行概括，直觀地勾勒出豐富的立體畫面。三維圖形技術除了架構靈活、支持跨平臺等特性外，該技術也對三維圖形的渲染效果做了長期、深入的研究。從早期的固定管線渲染，到最新的基于GPU的可編程管線Shader渲染。該技術始終與當前三維圖形的畫質保持最前沿的聯系，不斷推出易于使用、可再編輯的各種三維圖形效果，提供了多種效果，如特效類的材質，如后期類特效，如氣體、液體類物資等。采用先進的渲染架構和強大的材質系統，將硬件能力發揮到極致，可滿足虛擬仿真等高畫質要求。

2.2 ?技術創新點

吸收先進的安全生產管理理念，通過利用AR技術、SLAM技術、3D交互技術等前沿科技手段，構建基于崗位職責劃分的智慧物流作業標準可視化平臺，不僅讓新入職員工通過可交互的學習方式迅速掌握生產中需要的技能和故障處理方式，還可以協助老員工發現工作中可能出現的問題并及時改進，從而保證現場作業的科學性和規范性。

3 ?建設思路及重點

3.1 ?建設思路

針對重要作業環節及崗位的操作，形成可交互的統一標準規范。通過圖文、動畫模擬、操作模擬等形式幫助生產作業人員了解相關知識，將被動接受轉化成主動操作，強化學習效果，降低培訓成本。

3.2 ?建設重點

3.2.1 ?三維動畫模擬

建設倉儲、分揀、配送、設備、車輛等作業環境三維模型，并為其制作場景及人物骨骼動畫，真實還原作業標準化流程，全方位立體展示和講解作業過程中的注意事項等內容，幫助作業人員快速掌握作業標準化規范要求。構建物流作業標準三維動畫，細致描述不同環節和流程下動作規范，讓學習更加具象，同時三維動畫以其形象直觀、表現力豐富的特點不僅可以激活作業人員的學習興趣，而且還可以幫助作業人員更好的理解紙質文件中的知識。

3.2.2 ?富媒體交互集成重要信息提醒窗口，在學習培訓過程中，對于難以理解或不易表述清楚的重要環節加入了圖文交互，通過點擊UI按鈕或交互熱點便可以快速獲取相關信息，以圖文或視頻等富媒體形式進行展示。方便作業人員對知識點的歸納與總結。如圖1所示。

3.2.3 ?操作模擬

智慧物流作業標準可視化平臺不僅可以演示標準化作業流程，還具備自由操作模式，對知識點鞏固和考核。在這種模式下，作業流程動畫將可劃分成多個步驟，由使用者進行自由選擇操作順序，一旦操作有誤，界面將會高亮閃爍，并彈出提示錯誤。這種學習方式可以有效的提高使用者的學習興趣，打破了以往被動接受的傳統教學模式，更好地鞏固知識要點，達到快速提高作業人員實際操作技能和標準化作業水平的目的。如圖2所示。

4 ?關鍵技術與應用

4.1 ?AR技術

AR技術作為近幾年非常熱門的研究領域，已經得到廣泛應用。其原理簡單來講，就是將虛擬物體通過利用攝像頭或傳感器疊加到真實的空間內，讓用戶可以進行交互操作，切實身臨其境的體驗感。

基于AR技術的智慧物流作業標準可視化平臺，將不同的作業標準化規范分別設定為唯一圖像，進行渲染綁定，通過使用移動終端APP采集真實場景中的對應圖像，對其進行分析和重構，以實現三維虛擬場景與真實場景的疊加融合。將可交互內容呈現在屏幕上。

4.2 ?SLAM技術

即時定位與地圖構建（Simultaneous Localization And Map-ping，SLAM）技術至今已發展了已經30多年的時間，其應用領域非常廣泛，如VR/AR領域、無人機領域、無人駕駛領域、機器人領域等。而本文重點研究的便是在SLAM技術在AR領域中的應用。根據SLAM技術獲取攝像頭當前視角下對三維虛擬場景的疊加渲染，這種相對完美的技術手段會讓虛實結合更加真實。

智慧物流作業標準可視化平臺基于對SLAM的開發和應用，為用戶提供了一種新的AR交互方式，不需要標記和初始化操作便可在環境中放置三維模型。將作業標準可視化AR虛擬內容放置在環境中，算法自動檢測周圍特征點，AR虛擬內容會根據特征點貼合跟蹤在物體表面并持續跟蹤。紋理越豐富，跟蹤越穩定。實現AR虛擬內容自動貼合跟蹤真實物體表面，貼合環境表面運動，使虛擬物體與真實物體完美匹配，帶來更強的真實融合感。

4.3 ?3D交互技術

3D交互技術是三維軟件應用的基礎技術，該技術可實現眾多基于3D的互聯網/移動互聯網的三維呈現與交互方式，在實現物流作業標準可視化互動中，創建獨特的三維場景模型、三維物品模型、三維特效、三維互動熱點、圖文影音介紹、三維原理仿真等內容，創建成獨立支持三維可視化互動的數據庫，保障數字化服務，以高體驗的三維視覺形式體現。

3D引擎作為實現3D交互的一種底層核心開發工具，有著為用戶創建三維虛擬場景的能力，并且引擎以C#的形式為編輯器和三維虛擬場景創建拖放式的腳本，用于API關聯與三維對象的驅動。支持Windows高級圖形API，包括DirectX 3D和OpenGL，對于DirectX的版本可以良好的支持到12，OpenGL的版本可以支持到4.0，充分發揮硬件性能達到逼真的渲染效果。同時3D引擎支持三維場景的紋理壓縮、Mipmap和分辨率設置，并提供對凹凸映射、反射映射、視差映射、屏幕空間環境遮擋（SSAO）以及使用陰影映射的動態陰影功能。支持使用創建自定義頂點、Shader和CG級的表面著色器。

5 ?結 ?論

經過多年的實踐和發展，AR、SLAM、3D交互技術已經日漸成熟，目前在工業領域已經得到廣泛應用。這幾種創新性技術手段的結合應用可以有效地解決傳統作業標準化規范文字資料不夠形象直觀，無法闡述復雜操作和常見錯誤的問題。本文充分考慮煙草物流現有SOP資源的統一收集、整理，采用先進的軟件平臺架構，利用圖文、可交互式三維動畫將各崗位人員作業標準進行模擬演示，構建基于AR的智慧物流作業標準可視化平臺，實現不同崗位的作業人員隨時隨地學習和掌握物流作業標準化規范，達到強化安全生產意識的目標。

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作者簡介：黃建平（1974.03—），男，漢族，貴州大方人，工程師，工商管理碩士，研究方向：物流規劃設計、物流技術應用。