可視化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

王石

摘 要智能制造系統(tǒng)集人工智能，物聯(lián)網(wǎng)等于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)自主學(xué)習(xí)、自主決策，不斷優(yōu)化。但由于制造過程的復(fù)雜性，現(xiàn)階段的智能制造系統(tǒng)仍然離不開人機(jī)交互與協(xié)同，可視化是人機(jī)交互的基礎(chǔ)，可視化設(shè)計與制造技術(shù)在智能制造中具有廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】可視化技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng) 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 智能制造

1 可視化技術(shù)

1.1 可視化技術(shù)的定義

可視化技術(shù)，是指可以將復(fù)雜或者特定流程簡單化，以圖像化地方式表達(dá)和呈現(xiàn)，便于用戶能夠更直觀，更簡單地理解的工作過程、洞察數(shù)據(jù)規(guī)律。能夠?qū)?fù)雜、難以理解的事務(wù)或者流程、數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像的過程均可以稱為可視化。

1.2 可視化技術(shù)的分類

除了科學(xué)計算可視化外，還包括數(shù)據(jù)可視化，信息可視化以及知識可視化?？茖W(xué)計算可視化，是通過計算機(jī)的圖形圖像技術(shù)，將計算結(jié)果通過圖形圖像形式呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)可視化，是將數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理后通過圖像的形式呈現(xiàn)，以便更加直觀的洞察數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，數(shù)據(jù)的可視化通常也包含了科學(xué)計算的可視化。信息可視化，是通過更便于用戶理解的圖像形式，將信息和數(shù)據(jù)融合處理，一同呈現(xiàn)給用戶，通過信息可視化，用戶可以體驗到更方便高效的服務(wù)。知識可視化，主要通過視覺圖像，幫助知識的傳播和創(chuàng)新，通過圖像幫助人們記憶并應(yīng)用較為復(fù)雜抽象的知識。

1.3 可視化設(shè)計與仿真

可視化設(shè)計與仿真大量應(yīng)用在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，可視化設(shè)計的流程一般為創(chuàng)建模型、可視化仿真、結(jié)果分析以及缺陷修改等。

1.3.1 創(chuàng)建模型

創(chuàng)建模型是可視化設(shè)計的首要步驟，通常是根據(jù)實際事物創(chuàng)建計算機(jī)三維圖形，并通過一定的數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)模型的結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系，模型是可視化設(shè)計中的關(guān)鍵，也是實施仿真的基礎(chǔ)。根據(jù)對象不同，模型具有差異性。比如要進(jìn)行裝配的可視化設(shè)計，第一步就是要創(chuàng)建裝配模型，確保裝配部件的設(shè)計嚴(yán)格按照要求的大小，形狀等。

1.3.2 可視化仿真

可視化仿真是指在創(chuàng)建模型之后，通過計算機(jī)模擬模型的運(yùn)作，即進(jìn)行計算機(jī)仿真操作。其操作內(nèi)容不外乎模型驗證、數(shù)據(jù)監(jiān)測及變參數(shù)試驗。模型驗證在仿真中非常重要。如果模型存在問題，那么后續(xù)研究必將存在誤差，所以模型驗證必不可少。數(shù)據(jù)監(jiān)測是為了結(jié)果分析做準(zhǔn)備，需要詳細(xì)監(jiān)測各種數(shù)據(jù)。變參數(shù)試驗，是通過變參數(shù)，設(shè)計對比試驗，找出產(chǎn)品性能最好的狀態(tài)。

1.3.3 結(jié)果分析

通過對可視化仿真得到的結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、曲線繪制、仿真動畫和最優(yōu)方案選擇，能夠及時地發(fā)現(xiàn)模型中存在的不足，并及時完善方案，增加方案的可行性和科學(xué)性，是可視化技術(shù)的核心內(nèi)容。

1.3.4 缺陷修改

在結(jié)束結(jié)果分析之后，一般都會出現(xiàn)部分顯而易見的不足之處，包括零件缺陷、工藝偏差、運(yùn)行漏洞和方案不合理等問題，此時就要及時解決這些問題。

1.4 視覺傳感器技術(shù)

視覺傳感器可以幫助我們創(chuàng)建模型，以及快速實現(xiàn)可視化工程。視覺傳感器技術(shù)是計算機(jī)視覺理論的裙帶技術(shù)，主要應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)測、醫(yī)療設(shè)備及日常生活等領(lǐng)域中。視覺傳感器的檢測技術(shù)不用直接接觸物體就可進(jìn)行檢測。除此之外，該技術(shù)自動化程度高，檢測數(shù)據(jù)結(jié)果更加精準(zhǔn)，并隨時可以使用。

2 可視化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

2.1 智能制造的定義

通互聯(lián)網(wǎng)等新型信息技術(shù)，統(tǒng)一協(xié)同制造的各個環(huán)節(jié)，并具有自我檢測和優(yōu)化功能的制造系統(tǒng)，稱為智能制造系統(tǒng)。智能制造的特點之一就是信息網(wǎng)絡(luò)與實際生產(chǎn)相互結(jié)合，信息系統(tǒng)不僅能夠使制造業(yè)的生產(chǎn)方式更加科學(xué)化，使其制造效率大幅度提升，而且通過制造信息和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)可向其他制造相關(guān)環(huán)節(jié)不斷延伸，提升制造效能以及實施協(xié)同制造。通過網(wǎng)絡(luò)支撐點，依靠生產(chǎn)線不斷擴(kuò)散，是現(xiàn)在制造業(yè)的發(fā)展趨勢。

2.2 智能工廠的可視化

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺對企業(yè)智能工廠地形地貌、建筑、車間結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備等進(jìn)行幾何建模，直觀、真實、精確地展示各種制造設(shè)施、設(shè)備形狀及生產(chǎn)工藝的組織關(guān)系，設(shè)施、設(shè)備的分布和拓?fù)淝闆r。使用戶在電腦上就可以瀏覽整個企業(yè)現(xiàn)場，如同親臨現(xiàn)場。同時系統(tǒng)將裝置模型與實時、檔案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)綁定在一起，實現(xiàn)設(shè)備在三維場景中的快速定位與基礎(chǔ)信息查詢。三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺可以對企業(yè)重點設(shè)備進(jìn)行在線信息采集、報警、控制等管理。系統(tǒng)對重點設(shè)備的溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、振動、開關(guān)等實時信息進(jìn)行采集和分析，當(dāng)工作條件出現(xiàn)異常時，可及時顯示、報警。

2.3 自動焊接中的可視化

通過可視化技術(shù)，可以將焊接過程進(jìn)行實時反饋，及時處理可能發(fā)生的問題，可以大大提高焊接質(zhì)量，并有效地控制焊接過程，避免因自身視覺受到強(qiáng)光的影響，導(dǎo)致焊接不夠準(zhǔn)確?？梢暬夹g(shù)與制造執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合為實現(xiàn)無人化機(jī)器人焊接提供了技術(shù)基礎(chǔ)，除此之外，可視化技術(shù)還可以進(jìn)行焊后無損檢測，對焊縫進(jìn)行定量描述，及時發(fā)現(xiàn)焊縫是否存在損失等，從而減少焊縫誤差，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

作為可視化與制造物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)之一，監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在能源、交通、化工、食品、制藥等行業(yè)中，實現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化。SCADA系統(tǒng)綜合利用了計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成了對測控點分散的各種過程或設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集，本地或遠(yuǎn)程的自動控制，以生產(chǎn)過程的全面實時監(jiān)控，并為安全生產(chǎn)、調(diào)度、管理、優(yōu)化和故障診斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及手段。

3 結(jié)語

目前，可視化技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正逐步應(yīng)用到制造業(yè)中，在實現(xiàn)制造過程和制造設(shè)備的可視化方面為智能制造提供了基礎(chǔ)?？梢暬夹g(shù)的應(yīng)用不僅降低了用戶的工作負(fù)擔(dān)，也改變了人們以往的思維習(xí)慣。用戶可以在可視化技術(shù)的幫助下，與其他機(jī)器進(jìn)行交流，共同完成生產(chǎn)工作，使得制造車間更加智能化。

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作者單位

1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)工程系 廣東省東莞市 523808

2.廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院 廣東省東莞市 523808