AR技术在铝工业中应用构想

AR技术在铝工业中应用构想
谭善伟;刘向磊
【摘要】介绍了增强现实技术(AR)的技术原理和技术特点,结合铝工业生产过程的特点,提出:借助AR技术,解决设备的维修、维护工作量大难题,保障设备的稳定运行;利用AR技术,更便捷、准确地指导产品的生产制造过程;基于AR技术,更有效地提高培训效率,提升新员工操作水平,有系统指导所有的标准步骤.
【期刊名称】《有色冶金设计与研究》
【年(卷),期】2018(039)003
【总页数】3页(P49-50,54)
【关键词】铝工业;AR技术;设备维护;制造指导;员工培训
【作者】谭善伟;刘向磊
【作者单位】贵阳铝镁设计研究院有限公司,贵州贵阳 550081;贵阳铝镁设计研究院有限公司,贵州贵阳 550081
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
增强现实技术（Augmented Reality，以下简称“AR技术”），是通过实时地计算摄影机影像的位置和角度，同时添加相对应图像并展示的技术。

该技术可将虚拟世界叠加在实物上并展现出来，从而实现人机互动。

近年来，AR技术在虚拟现实平台实现的生活娱乐、人机交互、各种模型、3D图片展示等方面已经极大地改变
了人们认识世界和理解世界的认识观，但是在生产、制造、能源、建筑等领域还处于探索发展阶段，离实际应用和融合到生产过程还是有很长的路要走。

在生产企业中，产品的质量与产量都离不开生产设备的稳定运行，所以各企业都在努力提高工业自动化水平来保障设备的稳定运行。

然而，自动化水平要求越高的车间，其设备的复杂度、集成度、维护精细程度也会随之增加，这对于缺乏经验的维护工作人员来说是一个艰巨的任务。

但是通过AR技术，维修人员在点检、维护、维修设备的时候，能够很直观地看到设备全部信息、操作流程，从而解放生产力，提高生产效率，同时也保证了工人的健康和安全。

另一方面，在企业的生产制造过程中结合移动智能终端和专家系统，AR技术同样能方便地为一线工作人员提供技术指导，提高生产效率。

本文拟探讨AR技术在铝工业领域中的推广应用和技术融合情况。

1 AR技术的发展现状
1.1 AR技术简介
AR技术将虚拟物理世界和真实的实物相结合，通过摄像头识别经过编码的图文信息，并从服务器中获取对应的信息（包括物品图纸、工艺流程图、物品历时关键数据信息、物品当前检测数据、物品运行状态趋势信息等），将摄像头所拍摄的景象进行动态展示，然后通过计算机技术将实体信息进行模拟仿真，把处理过的信息集中展现到现实生活中，利用显示设备实现现场环境和虚拟对象的融合，提高使用者的感官效果，使其更直观地体验到虚拟情景。

信息技术的发展推动了AR技术在各行业领域的探索与应用，但是AR技术要想在各领域快速融合，还需要对跟踪定位技术、图形显示技术、界面技术和标定技术等相关技术进行更深入的突破。

1.2 AR技术原理以及特点
1.2.1 AR技术的工作原理
AR技术的实现原理主要包含6个基本步骤：1）通过图像输入设备获取真实场景信息；2）通过跟踪定位技术实时记录使用者的地理位置、运动轨迹，协助系统显示需要的虚拟对象。

对真实场景和相机位置信息进行分析；3）通过用户交互技术实现用户与物理环境的虚拟对象之间更自然的交互；4）通过虚拟对象数据库，生成虚拟景物；5）通过虚实融合技术对虚实环境进行准确的配准，对摄像头拍摄物品的角度、距离和补光操作进行引导，实现遮挡、光照和阴影的一致性；6）合并视频或直接显示，实现虚拟信息和物理世界的融合。

具体原理图如图1所示。

图1 AR技术原理
1.2.2 AR技术的特点
如果说虚拟现实技术（VR）提供给人们的是在虚拟环境中体验，那么增强现实技术（AR）就是把人们在物理世界中无法感知的东西，以更直观的方式展示出来，使其更易于接受，从而实现以前无法感触到的虚拟信息。

其主要包含以下3个技术特点：1）虚实结合。

AR技术依靠计算机技术展示出三维模型、三维动画、工艺流程图纸、关键数据等虚拟信息和物理世界的结合，增强用户的体验，使物理世界和虚拟信息合二为一。

2）虚实同步。

AR技术实现物理世界和虚拟世界的实时同步，虚拟世界中很多无法感知的事物，通过增强现实技术，能真实地感受到，就像在物理世界中存在一样。

3）交互自然。

借助AR技术，通过智能终端或者AR 眼镜可以用说话、肢体动作等方式直接和虚拟对象进行自然的交互，操作方便。

2 AR技术在铝工业中的应用
随着现代科技的发展，AR技术近几年开始在工业制造和维修、医疗、军事、电视转播、娱乐、游戏、教育、古迹复原和数字化文化遗产保护、旅游、展览、市政建设规划等领域取得快速发展。

其在铝工业中的应用研究主要体现在设备的维护、指导工艺复杂的生产、提高新员工的培训效率等方面。

2.1 设备维护方面
铝工业生产车间都是24 h不停产运作的，一旦设备出现异常，影响生产，就会造成很大的损失。

然而，不管是氧化铝厂还是电解铝厂，其生产工序自动化水平比较高，车间各个工序设备数量繁杂，存在不同厂家、不同的型号的问题，在电解和维护的过程中会耗费大量的人力，且维护效果还不明显。

但通过AR技术可以解决企业在设备维修、维护方面的难题，为设备更稳定地运行提供保障，提高生产效率。

以电解生产车间为例，随着信息化技术的提高，越来越多的信息系统在工业生产中得到应用，各设备的数据采集等工作已经完成，并都有自己独立的数据存储方式。

可以通过在设备上贴上二维码的形式，借助AR眼镜或者手持终端扫描提取设备的相关信息，包括常规设备参数、常见历史故障、何时该维护以及维修方法等。

这样即使是经验缺乏的工人也可以顺利地完成设备的修护工作。

另外，现在工人的维护、维修工作流程是：发现设备故障→通知相关维护人员去现场→维护人员修复设备→修复好后进行纸质版记录。

这种情况下，维修记录没有实质性的存档。

通过AR技术的普及，现场工作人员通过摄像头拍摄到的物品可传输到数据助手服务平台的数据集成系统中保存，可提供给维修人员进行远程诊断或技术会诊。

不仅不需要维修人员一定要到达现场进行诊断，还可以使维修记录保存在系统中，供未来随时调取分析。

2.2 生产制造指导方面
AR技术不仅可以应用在铝工业的维护、维修、点检过程中，在铝工业生产制造过程中同样适用，为一线生产工人提供更加直观的工艺指导。

例如，氧化铝生产的溶出工序包含预脱硅、高压泵房、高压溶出和稀释、赤泥分离与洗涤、控制过滤等一系列操作流程，工人只能凭借经验去控制，调节参数、阀门，使生产效果尽量达到最优。

通过AR技术，同时结合各工序的专家系统，现场工人只需佩戴一副AR眼镜，就能知道在操作过程中应该要注意的事项，以及每个步骤的具体做法，从而达到一个精准的控制。

这样可以减少工人的出错率，提高工作效
率。

2.3 企业培训方面
根据调研发现，不管是氧化铝厂还是电解铝厂中，人员流动都比较大。

要想新员工尽快在各自岗位上进入工作状态，对员工的培训非常重要。

然而,企业目前的岗位
培训存在培训费用太高、培训时间占用太长、培训地点固定不灵活等状况，导致培训完成之后，达不到想要的效果，反而造成很大的资源浪费。

而AR技术让真实世界和计算机合成的信息合二为一,比起传统的VR技术,可以减少无谓的虚拟世界渲染,提升培训人员对培训内容更真实的感受，有系统地指导新员工学习所有的标准
步骤，更有效地提升新员工的操作技能，便于他们更快地接受、理解新的知识。

同时，通过与移动智能终端的结合,实现协同办公的处理，培训人员可以随时随地地
获取培训知识，能够彼此共享。

培训不再是呆板地听培训老师的讲解，也不再受传统培训的时间、空间限制。

采取这样一种培训方式，不仅能调动培训人员的学习积极性，帮助他们掌握相关技能,尽快融入新的集体，适应新的工作环境，提高工作
效率。

3 结语
随着智能移动终端和移动互联网的快速发展，AR技术在各个领域也会快速普及。

目前AR技术在铝工业的应用中还处于探索阶段问题主要体现在铝工厂存在严重的信息孤岛，各生产应用系统相互独立，各数据没有关联，甚至有一些生产数据还没有完全地经过数据采集。

同时，各生产设备厂家多且情况复杂，数据接口、协议存在很大差异，这也是AR技术在铝工业推广的一大难点。

随着AR技术在设备维护、生产制造、人员培训等方面应用深入研究，AR技术在铝工业整体效率的提升有着广阔的应用前景。

参考文献
【相关文献】
[1]黄增荣.关于增强现实的一些关键问题的研究[D].西安:西安电子科技大学,2009:1-4.
[2]隋毅.基于手持设备的增强现实技术研究与应用[D].青岛:青岛大学,2009：10-17.
[3]Paul Milgram,FumioKishino.A taxonomy of mixed reality visual displays[C]//IEICE Transactions on Information Systems,1994,E77-D(12):1321-1329.。