混合現(xiàn)實技術在鋼鐵行業(yè)中的應用前景

張 波

（河鋼唐鋼信息自動化部不銹鋼站，河北 唐山 063000）

隨著科技的進步，虛擬技術得到了大力的發(fā)展，如虛擬機、虛擬CPU、虛擬桌面、虛擬文件等等，而自從被譽為中國虛擬現(xiàn)實元年的2016年開始，虛擬現(xiàn)實技術得到了迅速的發(fā)展，而混合現(xiàn)實技術作為虛擬現(xiàn)實技術的進一步發(fā)展，在醫(yī)療、教育、汽車、娛樂、體育等很多領域已經(jīng)得到很好的應用，而在鋼鐵行業(yè)中的應用卻還是一片空白。虛擬技術是未來的發(fā)展趨勢，并且在國家大力倡導智能制造與工業(yè)4.0的前提下，混合現(xiàn)實技術應用到鋼鐵行業(yè)必將會賦予更多的期待。

1 虛擬技術

虛擬現(xiàn)實技術（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機模擬出與現(xiàn)實仿真度極高的環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。增強現(xiàn)實技術（AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術，通過屏幕可以看到虛擬景象與現(xiàn)實世界的融合?；旌犀F(xiàn)實技術（MR），可以說是VR和AR技術的融合，該技術通過在現(xiàn)實場景呈現(xiàn)虛擬場景信息，在現(xiàn)實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，使用戶得到更真實的體驗感?；旌犀F(xiàn)實的關鍵在于在能夠與現(xiàn)實世界中的各種虛擬事物進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)實事物上，那就是AR了。

2 組成結構

一個完整的混合現(xiàn)實系統(tǒng)是由一組緊密聯(lián)結，實時工作的硬件部件與相關的軟件系統(tǒng)協(xié)同實現(xiàn)的，通常包括MR設備、功能服務器、數(shù)據(jù)服務器、終端電腦、網(wǎng)絡以及強大的功能軟件（如圖）。

圖1 混合現(xiàn)實系統(tǒng)組成

2.1 MR設備

MR設備主要分為移動顯示設備和頭戴式顯示器。移動顯示設備有手機、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)領域中的應用更為廣泛。

當人們佩戴上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、拆卸設備、查詢信息、學習技術等。

2.2 功能服務器

功能服務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)團隊進行設計開發(fā)。在鋼鐵行業(yè)中，可以是模擬軋鋼的教學軟件，也可以是設備維護維修的培訓軟件，還可以是設備的點巡檢軟件等。

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

2.3 數(shù)據(jù)服務器

數(shù)據(jù)服務器用于與功能服務器進行數(shù)據(jù)交換，對設備信息、點巡檢信息、測量信息等進行歸檔，并且對信息進行數(shù)據(jù)挖掘，生成數(shù)據(jù)曲線，為生產和設備維護提供有效的數(shù)據(jù)支持。另外，數(shù)據(jù)服務器上還可以存放圖紙資料、維修方法、應急預案等，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，可以生成數(shù)據(jù)報表，查看數(shù)據(jù)曲線，查看設備維護周期，維護點巡檢內容，維護設備元器件錄入等，具體功能可以根據(jù)不同需求進行設計。

2.5 網(wǎng)絡

網(wǎng)絡由有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡組成，有線網(wǎng)絡用于服務器之間、服務器和終端電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸，主要依托于交換機和網(wǎng)線；無線網(wǎng)絡主要用于MR智能眼鏡和功能服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸，但是由于現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡和WiFi網(wǎng)絡的傳輸速度較慢，限制了MR設備的使用效果。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)團隊設計開發(fā)的應用軟件，是MR技術的應用體現(xiàn)，可以集教學、培訓、維護、查詢等功能于一體，構成一套完整的適用于鋼鐵行業(yè)的集成系統(tǒng)。

3 技術應用

3.1 實操培訓

在鋼鐵行業(yè)中，新員工剛剛走上工作崗位，對工藝和設備都不熟悉，需要進行一系列的培訓，包括查閱資料，室內授課，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，就必須要實際操作，熟悉設備，而正常生產中不可能讓新員工上來就去操作設備，只能邊看邊學邊記，偶爾嘗試操作，學習周期長，且實際操作出錯率高。

MR技術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，看向要操作的設備時，就會看到該設備的虛擬圖像，員工只需操作虛擬設備，就能模擬真實設備的運行，如果操作錯誤，也對真實設備沒有影響，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備的操作。

3.2 故障處理

鋼鐵行業(yè)設備種類多種多樣、現(xiàn)場工作環(huán)境極為復雜，日常維護維修工作已經(jīng)成為日益嚴峻的難題。維修人員要具有相當大的設備知識儲備量，需要識別不同品牌、型號的器件，分析設備故障原因，針對不同的器件選擇合適的工具進行維修更換，熟知各種設備的維修方法，需要大量的經(jīng)驗積累，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與經(jīng)驗要求也比較高。

如果維修人員佩戴MR智能眼鏡，看向設備時就可以得知設備的產品型號、維修記錄等，顯示解決設備故障的具體操作步驟，甚至細到如何拆卸零部件，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，可以進行遠程協(xié)作及工作指導，讓后臺專家看到前臺維修人員的第一視角畫面，實時提供高效率的工作指示與指導，降低人為錯誤、因為現(xiàn)場人員經(jīng)驗不足而產生的效率低下、等待專家的時間耗費等情況，同時提高工作安全性。

3.3 設備維檢

要想將設備維護好，日常點巡檢和檢修必不可少。當員工佩戴上MR智能眼鏡點檢設備時，可以通過虛擬畫面看到該設備的點檢周期，上次點檢時間，點檢內容，設備運行數(shù)據(jù)等，并把本次點檢的設備運行數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)比對，便可知道設備運行是否正常，且把本次數(shù)據(jù)上傳至服務器歸檔。

檢修時，測量設備器件的一些參數(shù)（比如可控硅的電阻），也可以通過MR智能眼鏡與標準數(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 結束語

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