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增强现实技术在光纤光缆造中的应用

时间:2017-12-12 17:05:19

     

随着中国制造2025、互联网+、工业4.0、智能制造等概念的提出,新一轮的产业发展潮流正在形成。其中增强现实技术的发展也随着智能机与硬件的发展而水涨船高,它的出现打破了传统的人机交互方式,全新的场景体验,使得人与数据之间的距离跨越了硬件的屏障。制造型企业应用到增强现实技术的部分并不多见,但他的实用与便捷性将是任何手段也无法替代的。本文结合增强现实技术针对光纤光缆制造企业探讨下应用模式。

关键词  

光纤光缆、智能制造、增强现实、智能工厂

   

增强现实技术(Augmented Reality,简称 AR),是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术由1990年提出。随着移动电子产品CPU运算能力的提升,增强现实的用途将会越来越广。

2016年日本知名游戏娱乐厂商,任天堂公司发布了Pokemon Go,引发了业界广泛好评,游戏极强的代入感和交互性引爆全球人民参与的现象。

该游戏就是将虚拟世界和现实世界相互关联,通过手机处理器、服务器计算,将两个世界叠加,呈现一种超现实的场景。而这款游戏最核心的技术就是运用的增强现实技术。

增强现实技术,它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术,模拟仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

目前市面游戏和娱乐方面主要通过智能手机、平板电脑或电视等作为终端输出设备,但在工业与制造方面则是广泛用眼镜或头盔来实现。当然任何高科技不是觉得他有多么酷,而是看他是否能给使用者带来多少价值!

而工业本身是个巨大的行业,而且这个行业其实还属于传统行业。中国依靠低廉的劳动成本去实现产业大规模转移的时代已经一去不复返,劳动成本上升已成为现实。要想产业升级,工业4.0的自动化和信息化是必然趋势。

很多人认为工业4.0就是机器人工厂,显然这种理解是片面和狭隘。人在工业4.0中依然是必不可少的组成部分,真正的机械智能化,道路还非常艰辛和遥远。但增强现实技术,却可以提高效率、整合供应链、降低成本将是未来工业产业升级的关键技术之一。

关于增强现实技术的描述和应用在很多科幻场景和电视中均有表现,现实中的增强现实技术自然无法与电影内的相比,一些场景识别和理解等难点需要逐步克服,从目前的AR技术发展来看,这个过程在逐步的加速。

目前,AR技术侧重于精密仪器的制造和维修、教学辅助、培训、医疗研究、军事、抢险救灾等领域都发挥了极大的作用,甚至打破了传统的工作模式与场景。

本就增强现实技术结合工业4.0,浅析未来中光纤光缆制造业的应用方案。

AR技术原理

增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下,不同于人类可以感知的信息。AR系统具有三个突出的特点:

①真实世界和虚拟的信息集成;

②具有实时交互性;

③是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。

增强现实技术,不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来,两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中,用户利用终端显示器,把真实世界与电脑图形多重合成在一起,便可以看到真实的世界围绕着它。

1.png 

AR系统结构(工作原理)

上图是一个典型的AR系统结构,由虚拟场景生成单元及显示器或头盔等交互设备构成,其中虚拟场景生成单元负责虚拟场景的建模、管理、绘制和其他外设的管理;终端显示负责显示虚拟和现实融合后的信号;头部跟踪设备跟踪用户视线变化;交互设备用于实现感官信号机环境控制操作信号的输入输出。

AR技术在工业领域中应用

工业是一个庞大的领域,AR几乎可以在任何一个行业内大放异彩,尤其是在设备尚未完全智能化之前,AR技术将会带领人们提前领略工业4.0的魅力。

在缆制造型企业,根据岗位可大致分为以下几类2.png 

企业大致分为以上五种岗位,每个岗位根据企业规模不同,可能还有更加详细的划分。这五种岗位并非每一种都适合使用AR技术,对于操作、技巧、研发类的岗位AR比较合适,这类岗位的工作特点有:操作规范化,流程长,要求高效率,对安全性要求高。

这类岗位需求明显,变化不大,比较适合使用AR技术。

1、工业装配

3.png在生产船舶、飞机、火车、汽车、机床等大型设备的现场,需要极为繁复的工序才能完成组装。这对工人的要求极高,传统的作业指导书与流程,工人在操作过程中无法查阅,容易出现遗漏或重复,造成安全隐患。

如果工人佩戴AR眼镜,根据全息画面的指导,进行标准化的操作,不仅可看到接下来的工作步骤,还能看到面前设备或物品的信息,以及工作行动路线。这样能有效避免出错,还提高效率。

2、工业维修

4.png工业设备种类越来越多,在精细化生产的推动下,设备也越来越复杂。维修、维护已经成为难题。维修人员要针对不同品牌/型号/部件,诊断故障,采取针对性的方法完成维修,但这依要靠大量经验积累,不仅效率低,出错率高,而且对维修人员的技能要求也比较高。

如果给维修人员佩戴AR眼镜,扫描机器后就可以得知设备的产品型号、维修记录等,可以直接下载设备的维修手册,显示解决设备故障的具体操作步骤,甚至细到如何拆卸零部件,针对难题还可以,可以进行远程协作及工作指导,实时提供高效率的工作指示与指导,同时也提高工作安全性。

3、实操培训

在工业领域,有大量的工人需要操作类培训,传统的培训方式效果有限,企业花费高昂的培训费用,但培训一直存在学习者无法做到即学即用、耗费教导人员的时间精力等痛点。

5.pngAR技术,由系统指导所有的标准步骤,使学习场景与工作场景无限接近直至重叠,并且解放双手,直接解决“学时不能用,用时不能学”的问题,极大提高培训的用户体验。

当然以上举例并非是科幻,早在20世纪90年代初,美国波音公司就已经将AR技术应用于飞机制造中的电力线缆的连接和接线器的装配中。

2003年,德国成功研制出用于工业设备装配和维修的Starmate系统和Arvika系统,之后,欧洲航空防务与航天公司(EADS)利用Arvika系统,指导工人轻松地完成高密度布线工作。

2016年,微软与美国宇航局(NASA)合作代号为“Sidekick”的项目,宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在国际空间站使用HoloLens增强现实设备进行空间站的使用和维修。

4、数据采集与反馈

除了以上之外,通过AR的识别技术还可以对数据进行采集、上传形成企业内的数据库,并结合云计算、数据处理、分析等手段,针对每个部门甚至不同的岗位定制专业化的数据呈现。

比如生产关注的产能和效率,技术关注的各项工艺参数和性能,品质关注的质量和良品率,采购关注的原料的库存和消耗。

传统的企业,采集这些数据都是通过大量的人力和时间来完成制作,不仅在采集效率上慢,还会因为作业人员的疏忽或遗漏导致信息的错误,从而导致数据的是真,造成的分析结果与实际有较大的偏差。

稍微有规模的企业一般都有ERPMES系统来辅助,甚至还会安装云服务器来保证数据的真实、高效的使用。

但是大部分公司的ERPMES系统甚至每个部门都是相互独立,此外,每个制造企业还有许多其他功能的系统,设计、制造、采购、办公等等,这些系统都是一个个的信息孤岛,只是部门内采用,根本不知道对方在做什么,有没有冲突,需不需要协调或者配合,这些都不知道,只有盘点或者出了问题之后,才会相互抱怨,不仅需要重新梳理,若是涉及到多个部门,梳理起来将会是一场灾难。

大部分企业,虽然采用了系统,但更多的只是输入者,没有接收到有效的反馈,更多情况下系统只是一个大容量的存储硬盘。

如果要整合两套系统,却不太现实。因为ERPMES开发公司通常是两组人,ERP倾向财务,MES倾向生产。双方都不懂对方的专业术语,即便有沟通大部分也是鸡同鸭讲,互相看不上,在两个系统融合上也会更难。

即便有一个ERPMES都懂的人出现,来设计这个系统,那也会因为高昂的成本,会被开发公司放弃,因为两个系统的整合不亚于设计一套新的系统,开发公司也不会为此单独重新设计,因为ERPMES在自己的领域内都是非常成熟的,同样,企业也不会轻易更换,毕竟新系统的学习成本也会很高。

不过,企业内多个系统的融合实现太过困难,但是通过AR技术将其联系起来,还是可以实现的。

6.png 

上图是制造企业的几大岗位,由AR智能识别技术采集数据上传至服务器,然后通过处理和分析,由AR技术实时或定期反馈给每一位相关人员,虽然这种技术以现在的方式也可以完成,但在数据采集的源头上无法保证真实有效,最终反馈的信息也会因为信息的输入有误,而导致结果的失真从而失去参考意义。

在数据采集与反馈上,AR只是提供了一个整合的效果,让原本的一座座信息孤岛都串联起来,并构建用于行业应用AI的“专家数据模型”,形成的信息让企业管理的每一个环节都畅通无阻的流通。

5、产品设计

在产品设计方面,设计师的一些理念和图纸描述的在详细,也会因为不同客户、部门的理解偏差,与设计师最初的设想有偏离,这种偏离会使得在产品设计出之后,会降低客户印象,协助部门也会因为这种偏差而无法实现或效果与设计阶段不相符而导致返工。

利用AR技术,设计师可以在设计阶段,快速将创意和场景进行融合,不仅能够直观的感受最终成品的状态,还不会因为沟通上的偏差导致意外情况发生。

6、产品展示

7.png在企业宣传和营销方面,AR技术几乎能完美发挥巨大的优势,通过扫描产品可以得知具体的产品介绍,以及各种交互性演示,甚至可以与参观者和客户进行互动,加强体验。

结语

就目前而言,一些制造业中AR技术的应用仍然只是利用AR眼睛来辅助公认进行分析、判断、并指引下一步的操作,从而提高一线员工的操作效率和降低学习成本。

不过中国制造业发展极不平衡,总体上还没有完成工业2.03.0阶段,就要面对工业4.0。按照国家工信部部长苗圩说:德国是从工业3.0串联到工业4.0,中国是2.03.0并联到4.0

在我国的“互联网+”里,工业4.0是“互联网+”的一个组成部分,“互联网+制造”就是中国制造2025,中国制造2025的可信是加快新一代新型技术和制造业深度融合,以推进智能制造为主攻方向。

而在智能制造中人与机器和数据三元的无缝化接轨,AR能起到至关重要的作用,这也是迈出智能制造的第一步。

只是,AR技术目前还是处于起步状态,其相关佩戴设备价格和续航能力也是需要进一步解决的问题。随着越来越多的虚拟设备供应商进入市场,未来也会有更多的应用途径和展示方式,AR技术留给我们无数的想象空间和应用空间、场景。随着探索的深入,或许会从辅助优化制造业的过程,发展成为颠覆商业模式、打造智能产品、创新产业生态等一系列的变化,或许到那个时候才会是AR的巅峰时期。



  山东太平洋光纤光缆有限公司  毛庆生 郭俊国  齐伟
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