隨著4.0數(shù)字化時(shí)代的到來(lái),智能制造熱潮席卷神州大地,成為推進(jìn)“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略比較重要的舉措。其中,智能工廠作為智能制造重要的實(shí)踐領(lǐng)域,已引起了制造企業(yè)的廣泛關(guān)注和各級(jí)政府的高度重視。
然而目前部分機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化較低,依舊需要過(guò)多人力物力進(jìn)行傳統(tǒng)監(jiān)控,工廠廠區(qū)規(guī)模較大,生產(chǎn)及管理部門復(fù)雜,在眾多的生產(chǎn)車間、特殊室外場(chǎng)所和職能部門難以實(shí)現(xiàn)高效現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和統(tǒng)一生產(chǎn)指揮調(diào)度。
當(dāng)今的工廠正面臨著來(lái)自生產(chǎn)操作方面越來(lái)越大的挑戰(zhàn),工廠自身狀態(tài)和內(nèi)外部環(huán)境的不斷變化,正嚴(yán)重威脅著生產(chǎn)操作的安全性和企業(yè)的盈利能力。一些不能控制的意外事故通常造成“開車”的延遲,產(chǎn)品的無(wú)謂浪費(fèi),嚴(yán)重的設(shè)備損壞,甚至造成災(zāi)難性的后果。
對(duì)于流程工業(yè)(也稱過(guò)程工業(yè))而言,由于生產(chǎn)規(guī)模大、投資額度高、生產(chǎn)制造具有連續(xù)性,工廠一旦“開車”即面臨非常高的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn),環(huán)境污染壓力越來(lái)越大等,因此,流程工業(yè)企業(yè)更需要實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率,降低碳排放。通過(guò)縮短停機(jī)時(shí)間和比較大化設(shè)備利用率提高盈利能力。
如果說(shuō)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)中看到的場(chǎng)景和人物全是假的,是把你的意識(shí)代入一個(gè)虛擬的世界;那么增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR),看到的場(chǎng)景和人物一部分是真一部分是假,是把虛擬的信息帶入到現(xiàn)實(shí)世界中。你看到的東西是有虛有實(shí),甚至分不清是虛假還是真實(shí)。
融合了實(shí)物感知、物體識(shí)別和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的感知交互桌面,小小的展項(xiàng)可以蘊(yùn)藏的內(nèi)容卻可以無(wú)限放大,同過(guò)定制的識(shí)別模塊,從多方面、多角度向體驗(yàn)者展示互動(dòng)內(nèi)容的不同之處,良好的互動(dòng)性和強(qiáng)烈的科技感使特成為備受歡迎的新型的多媒體互動(dòng)展示設(shè)備。
基于物體感知識(shí)別技術(shù),以模塊識(shí)別、手指點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)園區(qū)、廠房?jī)?nèi)設(shè)備擺放排布;對(duì)智能制造園區(qū)、廠房和產(chǎn)品進(jìn)行全方位展示,多角度展現(xiàn)智能制造態(tài)勢(shì);提供實(shí)體用戶界面交互式演示智能制造設(shè)備工作狀態(tài)、裝配過(guò)程;結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和智能仿真技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)景還原,輔助企業(yè)進(jìn)行智能制造決策,提高企業(yè)信息化程度并比較終提高企業(yè)生產(chǎn)力。
AR技術(shù)可以提供給人眼無(wú)法感知的信息,這些信息有著很大的便利性,如距離的測(cè)量等,在某些方面來(lái)說(shuō),它的發(fā)展優(yōu)勢(shì)大于VR技術(shù)。簡(jiǎn)單而言,AR技術(shù)是利用科技對(duì)人類視覺(jué)進(jìn)行補(bǔ)充,使人類更加便捷性的工作和生活。
對(duì)于實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn),目前,借助于虛擬仿真技術(shù),流程工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以以三維方式呈現(xiàn)在電腦屏幕,便于工人培訓(xùn)。一旦工人熟練掌握工藝流程對(duì)設(shè)備的誤操作率就會(huì)降低,進(jìn)而提高了設(shè)備利用率和安全生產(chǎn)系數(shù),這對(duì)流程工業(yè)而言是至關(guān)重要的。
在工廠正式“開車”前和“開車”后,企業(yè)員工通過(guò)計(jì)算機(jī)上的高保真模擬器,可以積累工藝經(jīng)驗(yàn)和故障診斷經(jīng)驗(yàn),提高處理緊急狀況或異常工況的能力,進(jìn)而提高工廠的安全性,延長(zhǎng)工廠設(shè)備的實(shí)際投產(chǎn)時(shí)間。這種虛擬仿真技術(shù)能夠讓操作員身臨其境地在工廠里工作,隨著越來(lái)越多的操作員對(duì)工藝過(guò)程有著更加深入的了解,操作員的知識(shí)水平和技術(shù)水平也隨之提高,企業(yè)可以縮短“開車”、“停車”時(shí)間,甚至提早“開車”,并減少“開車”實(shí)際需要的時(shí)間。
當(dāng)然,培訓(xùn)僅僅是虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用效果的一部分,在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)中同樣能產(chǎn)生效益。記者了解到,虛擬仿真技術(shù)可以讓高度復(fù)雜的過(guò)程工廠通過(guò)三維方式非常逼真地顯示出來(lái)的同時(shí),工廠數(shù)據(jù)也可實(shí)時(shí)更新,這樣不僅可以有助于工程設(shè)計(jì)和監(jiān)控,還可以有助于運(yùn)行。服務(wù)和維護(hù)工作也可以更高效地計(jì)劃、模擬和執(zhí)行。
一些應(yīng)用了虛擬仿真技術(shù)的工業(yè)軟件既可以用于對(duì)操作人員進(jìn)行沉浸式培訓(xùn),又可以作為交付工具完成與第三方應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù),還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)作。其比較大的優(yōu)勢(shì)在于能夠以較低的成本和人工費(fèi)用,提供工廠文檔的實(shí)時(shí)更新,并保證生命周期各階段內(nèi)的完全透明。
還有一些應(yīng)用了虛擬仿真技術(shù)的工業(yè)軟件其實(shí)質(zhì)是一個(gè)基于嚴(yán)格計(jì)算的全面而成熟的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬系統(tǒng),并運(yùn)用了基于機(jī)理的技術(shù)和嚴(yán)格的熱力學(xué)數(shù)據(jù),可提供準(zhǔn)確而可靠的計(jì)算結(jié)果,可用于解決從工程研究到操作員培訓(xùn)系統(tǒng)等工作中所遇到的比較為棘手的動(dòng)態(tài)模擬問(wèn)題。用戶通過(guò)這些軟件可以進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、安全分析、控制策略選擇、工廠控制系統(tǒng)校驗(yàn)、操作員培訓(xùn)、工廠改進(jìn)等一系列工作。
針對(duì)如上問(wèn)題,基于AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了開放性多功能AR智能仿真系統(tǒng),系統(tǒng)是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中,對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理整個(gè)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化的新型生產(chǎn)管理模式。能夠解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和營(yíng)銷之間的信息孤島問(wèn)題,在虛擬環(huán)境下將全環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬,降低整個(gè)產(chǎn)品生命周期的不確定性,并為企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)制造提供可靠的信息支持,讓企業(yè)決策更加科學(xué)。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能:用戶可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真模擬,建立了海量的基本模型庫(kù),方便設(shè)計(jì)師隨時(shí)調(diào)用。在AR智能仿真系統(tǒng)中,產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師能夠快速構(gòu)建早期產(chǎn)品三維外形和主要結(jié)構(gòu),讓設(shè)計(jì)更加清晰直觀。另外,系統(tǒng)還可以引入知識(shí)工程模板,加入經(jīng)驗(yàn)公式、防錯(cuò)機(jī)制等,在加快設(shè)計(jì)效率的同時(shí),避免產(chǎn)品缺陷與沖突。產(chǎn)品設(shè)計(jì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化和智能化,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)效率。
布局規(guī)劃功能:當(dāng)企業(yè)需要建設(shè)新工廠時(shí),在設(shè)計(jì)階段用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谔摂M場(chǎng)景中搭建新的三維仿真建筑模型,并以高度開放式三維仿真場(chǎng)景取代傳統(tǒng)的二維平面圖紙進(jìn)行整體布局規(guī)劃,讓規(guī)劃設(shè)計(jì)立方案即呈現(xiàn)。另外,在AR系統(tǒng)中用戶可以詳細(xì)了解到施工區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)、交通線路、大型設(shè)備、水電線路、消防系統(tǒng)等信息及數(shù)據(jù),方便后期施工工作。
產(chǎn)品營(yíng)銷功能:系統(tǒng)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行定制化三維仿真制作,放置到AR系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品模型庫(kù)中。在進(jìn)行企業(yè)營(yíng)銷時(shí),可以在AR系統(tǒng)同調(diào)用產(chǎn)品的立體三維產(chǎn)品模型,方便客戶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)的剖析展示,幫助企業(yè)提高銷售溝通效率和成交率。
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