基于混合現實技術的智能裝備向導應用

楊慧麗，官炳政，李金成，劉云成

( 軟控股份有限公司，山東 青島 266042)

1 智能裝備要求人機簡易交互

輪胎作為汽車的重要配件之一，其質量直接關系到人們的生命安全，而輪胎生產設備的穩定性和可靠性又直接影響輪胎的質量，由于設備的復雜性和專業性，設備的安裝、調試、運維和維修等工作，都需要專業的技術人員操作。以往設備安裝、調試、故障維修等，用戶無法完成處理，需要設備供應商到現場提供技術支持，這樣既費時間，嚴重拉低生產效率，同時產生較高的成本。

隨著工業智能制造的快速發展，新技術的應用日新月異，智能橡膠輪胎裝備在橡膠輪胎生產過程中發揮至關重要的作用，裝備系統的智能化升級必然帶來系統的復雜度提升，但保證人在智能系統中核心地位，增強用戶智能交互和體驗，降低人因知識經驗不足、操作能力要求過高導致的生產過程不可控的問題，軟控股份有限公司充分發揮混合現實技術虛實結合的技術優勢，建立自主MR 裝備平臺，簡化裝備操作難度、提升操作效率和準確度，降低對操作人員能力要求。

2 混合現實技術是被廣泛應用的技術

混合現實技術以其三維立體空間投射的全息視覺體驗效果和基于語音、手勢和視線的交互方式，更能滿足特種領域維修指導過程的實時性要求[1]。MR 技術以數字化信息表達與現實物體進行交流互動，為使用場景帶來了新的交互方式。傳統的交互方式主要為鼠標、鍵盤、屏幕觸摸等操作，混合現實交互方式，可以使用手勢、肢體、凝視、眼球、控制器以及語音等操作[2]。

MR 技術的價值就是把虛擬空間信息和真實環境相結合，具有良好的沉浸體驗和交互性。目前，該技術已經在軍事、醫療、設計、教育、工業制造等領域得到廣泛應用[3]。

3 軟控混合現實向導應用場景

3.1 硬件介紹

本系統使用HoloLens 2 作為硬件設備。HoloLens 2 是微軟發布的一款混合現實頭戴式可穿戴設備，整個Hololens 2 頭顯相當于一臺小電腦，它采用人體工程學的設計，搭載Window10 系統，擁有獨立的計算單元，實現虛擬空間和真實空間交互[5]。

3.2 系統功能設計

軟控MR 向導是以混合現實設備為依托（圖1），將物理世界和數字世界的場所融為一體，進行信息交互。采用平臺化的理念，將工作內容進行步驟分解，現場進行模型定位，制定操作向導，為滿足橡膠輪胎工廠實際業務生產，建立基于模塊化的離線的向導操作平臺。

圖1 軟控MR 向導操作平臺

平臺只需要模塊化配置，即可實現知識內容的快速生成，主要功能及技術攻關，包括：

（1）空間定位。虛擬現實指導，首先要實現在真實設備位置進行空間定位，在真實操作過程中正確定位指導工作?？臻g定位可以通過特定Marker 圖標掃描或虛擬模型擺放進行位置確認。位置確認后添加錨點，記錄當前環境信息，并保存到本地，當再次打開應用時，重新加載錨點信息，與當前環境匹配，虛擬場景會自動匹配正確位置。

（2）制作指導內容。使用電腦端應用制作指導內容，將指導任務分步驟指導。每個步驟添加指導內容，包括文本說明，圖片顯示，視頻播放，模型展示；模型支持動態效果。

（3）支持離線應用。將電腦端應用制作的指導內容，通過網絡或數據線導入到HoloLens 眼鏡本地存儲，保證在斷網情況下也會正常使用。

（4）場景渲染優化。模型輕量化及渲染技術，實現大規模場景渲染，實時模型特效和場景虛實互動效果。提高對虛擬場景的真實渲染效果，加強混合現實的真實感，指導過程中，讓工作人員利于學習和操作。

（5）人機交互功能。友好的交互方式，便捷的操作方法，會更方便人們的使用。由于工作人員在工作中雙手會使用工具，我們使用語音和凝視進行操作，這樣可以完全釋放雙手，保證指導員工順利完成工作。

3.3 場景應用實際案例

MR 指導應用，工作人員佩戴MR 眼鏡設備，到工廠車間，打開軟件應用，選中要指導的內容，MR設備會在眼前顯示指引線，指導工作人員來到安裝位置，通過步驟式指導，一步步指導工作內容?？梢詫崿F設備安裝指導、設備調試指導、生產操作指導、設備運維指導、設備維修指導等操作。以下是在橡膠設備領域已經應用的場景。

（1）軟控PS2A 成型機設備

以PS2A 成型機換規格為例，生產不同規格的輪胎時，需要設備調整規格參數和更換側鼓器件。這需要專業技術人員通過查閱相關資料進行調整和器件更換才可正確使用。

針對PS2A 成型機換規格，通過MR 向導模塊（圖2、圖3），無需專業技術人員，在向導模塊指導下，現場3D 模型展示、工作區域指引、文本信息描述等，可以正確的進行設備規格更換。

圖2 軟控向導模塊

圖3 PS2A 半鋼一次法成型機

（2）硫化機裝備

以硫化機的安裝指導為例（圖4），由于設備復雜度較高，技術要求高，設備安裝必須是專業的技術人員。針對復雜高要求設備，將安裝內容進行模塊化分解，將安裝內容拆分為小步驟，制作MR 指導，用3D模型、視頻、圖片、文本、空間定位等方式，直觀展示操作內容，降低技術門檻，無需專業技術人員可以完成設備安裝。

圖4 軟控硫化機設備

4 混合現實在橡膠輪胎裝備應用拓展

軟控堅持人機簡易交互的理念，基于模塊化的知識庫平臺，將混合現實技術應用于研發過程中的全息設計階段，更好的實現與客戶需求的聯動；應用于裝備智能運維的裝備透視、MR 運維等場景，實現對裝備運維的立體化、可視化、簡易化；融合物聯網、視頻監控等技術，建立遠程調試控制平臺，實現對全球設備的遠程安裝、調試，快速交付產品。

5 結語

MR 技術應用，提供了混合現實這種直觀展示形式，大大提升設備指導工作，降低技術門檻，成功實現了MR 技術在橡膠機械領域，設備安裝指導、設備調試指導、設備故障維修等場景中的落地。工作人員在MR 技術的應用中，可以高效的完成工作指導，提升工作效率，節省人工成本和時間。

未來MR 技術將會在橡膠輪胎裝備領域發揮更大的作用，將進一步提升工業智能化水平，幫助橡膠機械行業解決更多的實際問題。