混合現實技術在鋼鐵行業中的應用前景

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實元年的2016年開始，虛擬現實技術得到了迅速的發展，而混合現實技術作為虛擬現實技術的進一步發展，在醫療、教育、汽車、娛樂、體育等很多領域已經得到很好的應用，而在鋼鐵行業中的應用卻還是一片空白。虛擬技術是未來的發展趨勢，并且在國家大力倡導智能制造與工業4.0的前提下，混合現實技術應用到鋼鐵行業必將會賦予更多的期待。

1 虛擬技術

虛擬現實技術（VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機模擬出與現實仿真度極高的環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環境中。增強現實技術（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實世界的融合。混合現實技術（MR），可以說是VR和AR技術的融合，該技術通過在現實場景呈現虛擬場景信息，在現實世界、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。混合現實的關鍵在于在能夠與現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實事物上，那就是AR了。

2 組成結構

一個完整的混合現實系統是由一組緊密聯結，實時工作的硬件部件與相關的軟件系統協同實現的，通常包括MR設備、功能服務器、數據服務器、終端電腦、網絡以及強大的功能軟件（如圖）。

圖1 混合現實系統組成

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，因此在工業領域中的應用更為廣泛。

當人們佩戴上MR智能眼鏡后，根據不同用途及軟件系統，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、文字等以實現不同的功能。而在鋼鐵行業中，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，這些軟件可以根據不同的用途由MR開發團隊進行設計開發。在鋼鐵行業中，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據交互，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，具體配置需要根據不同的用途來進行選擇。

2.3 數據服務器

數據服務器用于與功能服務器進行數據交換，對設備信息、點巡檢信息、測量信息等進行歸檔，并且對信息進行數據挖掘，生成數據曲線，為生產和設備維護提供有效的數據支持。另外，數據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據的查詢與維護，可以生成數據報表，查看數據曲線，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，具體功能可以根據不同需求進行設計。

2.5 網絡

網絡由有線網絡和無線網絡組成，有線網絡用于服務器之間、服務器和終端電腦之間的數據傳輸，主要依托于交換機和網線；無線網絡主要用于MR智能眼鏡和功能服務器之間的數據傳輸，但是由于現有的4G網絡和WiFi網絡的傳輸速度較慢，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

功能軟件是根據企業需要，由專業開發團隊設計開發的應用軟件，是MR技術的應用體現，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的集成系統。

3 技術應用

3.1 實操培訓

在鋼鐵行業中，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

鋼鐵行業設備種類多種多樣、現場工作環境極為復雜，日常維護維修工作已經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、因為現場人員經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，設備運行數據等，并把本次點檢的設備運行數據與標準數據比對，便可知道設備運行是否正常，且把本次數據上傳至服務器歸檔。

檢修時，測量設備器件的一些參數（比如可控硅的電阻），也可以通過MR智能眼鏡與標準數據比對，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技術仍處于發展階段，還存在著許多制約因素，比如設備昂貴，數據傳輸速率慢等，然而，隨著MR技術的不斷發展，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技術在鋼鐵行業中的應用范圍也會更加廣泛，能夠更好的服務于生產。