5G融合的AR技術在設備監理過程可視化應用的推廣

楊茂昌

（廣東中質檢測技術有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

設備監理是指符合法定條件的單位接受委托人委托，依據國家有關法律法規、強制性標準和采購合同，對設備質量、投資、進度和安全等所提供的專業化服務[1]。當前我國重大設備呈現出投資規模大、技術復雜程度高、制造安裝周期長和生產運營過程中難以替換等特點，一旦發生質量安全事故，勢必造成重大人身傷亡和財產損失，因此必須引起高度重視。所以運用設備監理可視化管理，可以事先預防和消除各種隱患和異常，保障經濟和人身安全。

1 概述

1.1 設備監理可視化管理現狀

1.1.1 設備監理可視化管理

（1）現場可視化。設備監理現場可視化是通過采用視像和網絡傳輸等方法，使設備采購方能有效掌握設備過程生產中的質量、進度、合同執行等重要信息，及時對見證問題點進行判定，并采取有效措施進行解決。

在設備監理現場可視化管理可使設備監理過程存在的問題點和異常更容易暴露，及時做到事先預防和消除各種隱患和異常，使設備采購方和設備監理人員能更直接地接觸到現場的事實，可確保設備制造的符合性[2]。

當前，現場可視化通常由設備監理人員通過拍照、錄像、掃描等方式，對設備生產現場進行確認和檢查，利用通信網絡向各方傳遞相關的過程信息。可視化可為采購方、監理方和制造方人員提供共同見證的平臺，實時確認過程信息的符合性和有效性，對設備監理工作質量和效率的提高有著積極的作用。

（2）過程可視化。設備監理過程可視化是指采用拍照或攝影等視像技術，利用網絡傳輸等方法及時傳遞過程信息數據，并使原本不能直接觀察或復現的生產過程狀況在產生異常或試驗失敗、雙方有異議時的實驗生產過程的重現和可重復觀察。

設備監理過程可視化的內容主要涉及設備生產過程的各類因素：如生產環境、物料狀況、生產設備運行狀態穩定性、操作人員工作態度、工作狀態、產品制作過程可控性、過程檢測的準確性等。

設備監理過程可視化的主要關注點包括：設備生產車間環境、原材料及零部件、質量控制；生產裝配人員及設備、工藝和檢測；出廠試驗準備及試驗方案、包裝儲存的符合性；發運裝車過程的合理性等。甚至可以延伸到設備的運輸環節，監控運輸過程是否存在異常等[3]。

現階段的設備監理主要通過拍攝關鍵節點的照片和指定節點的部分錄像視頻，然后通過文件，通過郵箱或微信定時發送，時效性較差，存在一定的時間延誤，部分設備生產過程已經不可復現。

（3）數據可視化。通過設備監理數據可視化管理，直觀地將設備監理過程各類數據及時有效的傳達到各相關方，從而實現對于產品生產過程的有效管控，達到及時溝通和有效處置目的。

設備監理過程的數據可以分為以下幾類：①依據性數據：產品生產過程中對產品質量、進度等判斷的基礎性數據。包括技術協議、工藝文件、設計文件、質量管控文件等。②產品生產過程數據：產品生產過程產生的上道工序交付檢查數據、產品生產過程各類如結構尺寸、裝配螺栓緊固力矩大小等文件上要求的檢測數據等。③產品功能性數據：主要是各類試驗的數據，如耐壓試驗、雷電沖擊試驗等。功能性符合的數據。④現場數據：主要是對設備生產過程的符合性進行判定的依據、結果和結論等。盡量減少和消滅設備生產過程的存在的隱患，也可以反映設備生產廠家的管理水平、現場生產人員的素質、對工藝或方案的執行情況。

目前，以上數據的獲得現階段主要通過現場監理人員抄寫記錄、測量、拍照、掃描，、復印、錄像、工廠提供等方式獲得，并以文件方式發送，也存在監理工作質量和效率低、時效性差的問題。

（4）可視化作用。設備監理可視化管理對設備生產的促進作用體現在三個方面，一是促進各相關方及時溝通提高生產效率；二是及時發現問題并糾正，保證設備質量；三是各方實時互動，令問題的協調更快捷。

1.1.2 設備監理可視化管理現狀

當前，可視化管理在設備監理過程應用的情況：現場可視化和過程可視化主要通過關鍵生產節點拍攝圖片和錄像進行留存，主要作為見證憑據，目的只是設備最終出現異常或試驗失敗時進行查驗和三方檢查；數據可視化主要通過監理人員抄錄或拍照進行，仍不具備實時傳輸的條件。

對設備監理過程可視化重視不足，對獲取的圖像及視頻質量、數據傳遞及時性、多方實時互動的要求不高等都是影響設備監理可視化水平的重要原因。建立新型可視化平臺，組織落實可視化新技術的應用勢在必行[4]。

1.2 設備監理可視化管理需求

隨著電力設備技術質量要求的不斷提高，當前現場可視化的管理平臺已不能滿足設備監理水平提高的需要。超高清影像、AR(增強現實)及5G移動通信技術將能為設備監理現場提供高質量的影像和數據，并實時傳遞。特別是大型變壓器、組合電器（GIS）等對生產現場管控、裝配質量和試驗細節要求高的設備，不僅可實時監控生產制造現場、過程和數據，而且在發現問題時，可利用5G融合的不同應用場景，實現業主、監理和制造三方的互動，實時判斷，快速解決現場問題。因此，5G融合的超高清影像、AR(增強現實)技術是設備監理可視化管理有效的解決方案。

2 5G與AR技術融合的應用

2.1 5G與AR技術

2.1.1 5G 技術

5G即第五代移動通信技術（5th generation mobile networks），作為4G等系統后的延伸，在數字化和智能化轉型進程中承擔著極其重要的使命。5G網絡的主要優勢在于，數據傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網絡，最高可達10Gbit/s，比當前的有線互聯網要快，比先前的4G快100倍。另一個優點是較低的網絡延遲，低于1ms，而4G為30～70ms。由于數據傳輸更快，5G網絡將不僅僅為手機用戶提供服務，而且還將成為移動辦公網絡提供商，為諸如設備監理等現場辦公提供了平臺解決方案。

從設備監理視角來看，5G時代，“人”、“設備”與“制造”等要素之間原有的互聯互通界線將被打破，所有要素都將存在于一個有機的數字生態系統里，數據或者信息高質量獲取，并將通過最優化的方式進行傳遞。

2.1.2 AR 技術

AR(Augmented Reality)：增強現實是一種全新的人機交互技術，利用這樣一種技術，可以模擬真實的現場景觀，它是以交互性和構想為基本特征的計算機高級人機界面。AR技術，不僅展現了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加，包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及場景融合等新技術與新手段。在視覺化的增強現實中，用戶利用AR眼鏡、頭盔顯示器等，把真實畫面與電腦標準圖形、信息、數據多重合成在一起，便可進行實時比對和判斷，對生產制造過程進行監控。

2.2 5G與AR技術融合的應用場景

設備生產現場的高技能工人，他們操作繁雜、步驟多，容易出現遺漏或重復。如果工人佩戴AR眼鏡，根據全息畫面的指導，進行標準化的操作，可看到接下來的工作步驟，看到面前設備或物品的信息，看到工作行動路線。不僅避免出錯，還能提高效率。如果工人遇到問題，佩戴AR眼鏡，與采購方專家遠程連線，專家就能以工人的第一視角觀察情況，進而了解問題所在。用眼球、手勢等自然的交互方式打開、調用服務，這是一種大幅提升效率的實用技術。

AR眼鏡以安卓和windows系統的智能眼鏡為平臺，采用大數據及智能感知交互等前沿技術，具有定位、導航、語音識別、自動拍照、遠程交互等功能。借助AR眼鏡，可以自動采集、記錄、分析處理實際觀測到的過程數據。

5G網絡具有高帶寬、低時延、高可靠、廣覆蓋等特性，在AR、超高清視頻及智能制造等領域應用有著廣闊應用前景，5G與AR的“無縫”融合應用必將帶來設備監理可視化管理的巨大變革。5G+AR融合應用場景示意圖如圖1所示：

圖1 5G+AR 融合應用場景示意圖

3 5G+AR融合應用場景下的設備監理可視化

5G+AR融合應用場景下的設備監理可視化管理平臺由超高清視像系統、AR裝備和5G移動通信網絡三部分組成。

3.1 超高清視像系統

作為高清化媒體新一代革新技術，超高清視像被業界認為將是5G網絡最早實現應用的核心場景之一。超高清視像的典型特征就是大數據、高速率，按照產業主流標準，5G網絡良好的承載力成為解決該場景需求的有效手段。當前4K/8K超高清視像與5G技術結合的場景不斷出現，成為設備監理可視化管理的基礎應用。超高清視像應用場景指標參數如表1所示。

表1 超高清視像應用場景指標參數

3.2 AR裝備

AR裝備是近眼現實、感知交互、渲染處理、網絡傳輸和內容制作等新一代信息技術相互融合的產物，新形勢下高質量AR業務對帶寬、時延要求逐漸提升，速率從25Mbps逐步提高到3.5Gbps，時延從30ms降低到5ms以下。AR業務指標要求如表2所示。

表2 AR 業務指標要求

AR裝備作為增強現實技術的載體，由計算機系統、視頻輸入轉換系統、人機交互系統、動作捕捉跟蹤系統、視頻顯示系統、傳感系統等組成。在設備監理過程中，AR借助于計算機圖形和可視化技術,通過傳感技術將虛擬對象準確放在真實環境中 ,借助顯示設備將虛擬現象與真實環境融為一體，通過比對、驗證和判定，確定現場設備制造的情況。

3.3 5G移動通信網絡

憑借5G超寬帶高速傳輸能力，可以解決AR互動體驗不強和終端移動性差等痛點問題，推動可視化管理升級。當前制造業企業面臨數字化、網絡化和智能化轉型的挑戰。運營商可以依托5G服務提供商的優勢，為諸如設備監理等現場辦公提供了平臺解決方案。5G與4G部分關鍵性能指標對比如表3所示。

表3 5G 與4G 部分關鍵性能指標對比

4 設備監理可視化管理目標

4.1 智慧管理

設備監理可視化智慧管理包括基礎環境、基礎數據庫群、云交換平臺、應用及其服務體系、保障體系五個方面，兼備網絡通信、信息數據收集、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的管理體系。通過采用5G融合的AR技術，在可視化監理、預警和決策的基礎上，實現監理、預警和決策智慧化的管理目標。從而使設備監理從靜態到持續升級的動態管理，從孤立的監理活動到“人物”和“物物”對話的跨場景銜接，從簡單固化的可視化邁向自主進化的智慧化管理。

4.2 效益提升

5G融合的AR技術在設備監理可視化過程的應用，改變了傳統的設備監理可視化管理模式，使監理現場、過程和數據的可視化變得更加直觀，信息數據的采集、分析愈發精準和便捷，5G移動通信技術提供了高速率的傳輸平臺，保證了制造現場的設備質量和工作效率。同時，5G融合的AR技術實現了智能化管理，簡化了現場見證，降低了設備監理成本，使設備監理效益得到進一步提升。

4.3 遠程實時互動

5G融合的AR技術使監理現場實時呈現在管理各方面前，采購方能遠程監控現場的情況。當設備制造過程發現問題時，還能發起互動，及時對問題進行分析，并提出改進和解決辦法。根據設備監理的要求，采購、監理和制造各方還能利用可視化平臺定期召開協調會議，使設備監理的質量和進度得到進一步的保障，從而實現設備監理的質量控制目標[5]。

5 5G融合的AR技術在設備監理中的可視化應用

5G融合的AR技術在設備監理中的應用與采購、監理和制造三方相關，各組織應深入了解新技術應用對設備監理帶來的變革和提升。在三方的配合下，推動5G融合的AR技術在設備監理中的應用。

5.1 應用條件

5G融合的AR技術涉及到計算機、光學、電子、通信甚至于影視文學等各個領域的知識，若在在設備監理過程中推廣應用，應具備以下條件：

（1）基礎環境:主要包括感應器、測量儀器、5G通信的網絡硬件、監控攝像頭，定位器、AR裝備等。

（2）基礎數據庫群:包括業務數據庫、傳感信息數據庫、日志數據庫、和交換數據庫等四大數據庫。

（3）云交換平臺:實現各種異構網絡的數據交換和計算。提供軟件接口平臺，或提供計算服務，或者作為服務器。

（4）應用及其服務體系:包括信息管理系統、日志管理系統、視頻監控系統、會議系統、智能感應系統、遠程服務系統等。

（5）保障體系:包括安全保障體系、標準規范體系和管理保障體系三個方面，從技術安全，運行安全和管理安全三方面構建安全防范體系。

5.2 應用模式

采購、監理和制造三方根據設備監理全過程需要，制定5G融合的AR技術應用規范，明確各方的職責、權利和權限，并對各方行為進行約束。

（1）采購方一般只對必要的見證點進行見證。

（2）監理方則按照設備監理規定的見證點對全過程進行見證。

（3）制造方則對生產制造和試驗全過程進行監控。

5G融合的AR技術應用，各方需承擔相應的保密責任，必要時可申請實時互動。

5.3 應用推廣

目前，設備監理可視化管理仍處于拍照、錄像及簡單的文件傳輸階段，5G和AR技術也處于應用場景推廣中。針對設備監理的特點，5G融合的AR技術在可視化管理上創新，對設備監理質量、效率的提升具有積極的促進作用。因此，5G融合的AR技術在設備監理可視化應用的推廣具有重要的意義。

5G融合的AR技術在設備監理可視化應用方面的推廣工作主要有：

（1）5G融合的AR技術應用場景、范圍和規則的確定。

（2）計算機、服務器、5G網絡和AR裝備的硬件實現和配置優化。

（3）系統和應用軟件的開發和調試。

（4）設備監理見證點等關鍵環節與AR技術的應用匹配。

6 結語

5G融合的AR技術在設備監理可視化管理過程中的應用，促進了設備監理可視化傳統模式的轉變，全面提升了設備監理的質量和效率，并為采購、監理和制造三方提供了實時互動的平臺，是重大設備采購、監理和生產企業實現質量和技術水平提升的有效模式，具有較高的推廣價值。