增强现实（AR）技术在设备维护中的应用

增强现实（AR）技术在设备维护中的应用

徐荔武

中海油信息科技有限公司湛江分公司 广东 湛江 524000

摘 要：在海洋石油钻井平台日常作业中，设备维修与使用是关键环节，但维护与检修过程繁琐。长期实践和经验丰富的专家是胜任此工作的必要条件。然而，增强现实（AR）技术的应用为解决这些问题提供了新的途径。本文立足于AR系统，将Qt和MySQL相关技术有效集成，开发设计了一套应用于石油钻井设备的AR维护系统。该系统包括设备信息查询模块和AR实时指导设备维修模块。深入详细地研究该系统不同模块需要的模型，以及设备维护管理的相关信息，是AR技术在设备设施维护管理的应用的重要组成部分。

关键词：增强现实（AR）技术；海洋石油钻井设备；维护；应用

引言

增强现实（AR）技术，作为一种新兴的信息化技术，正在悄然改变我们的工作方式，该技术已经在各个领域得到了广泛的应用。特别是在海洋石油钻井平台设备维护中，AR技术的应用不仅提高了工作效率，也大大降低了维护成本，以其独特的优势为设备维护提供了新的解决方案，为海洋石油钻井平台设备维护带来了革命性的改变。本文将深入探讨AR技术在海洋石油钻井平台设备维护中的应用。

1.增强现实（AR）技术概况

增强现实（AR）技术作为一种新兴的技术，给各个领域带来颠覆性变革。它通过将虚拟信息与现实世界相结合，为用户提供更加丰富和立体的体验。在安全系统开发设计中，AR技术也发挥着越来越重要的作用。首先，AR技术可以提供更加详细和准确的安全信息。通过将安全数据与实际环境相结合，用户可以更加直观地了解安全状况，从而做出更加准确的判断。此外，AR技术还可以提供实时的安全预警，帮助用户及时发现潜在的安全风险。其次，AR技术还可以提高安全系统的可操作性和易用性。通过将虚拟信息与实际环境进行匹配，用户可以更加轻松地理解和操作安全系统。此外，AR技术还可以提供更加个性化的安全建议，根据用户的实际情况和需求，提供更加贴心的安全服务。最后，AR技术还可以提高安全系统的可靠性和稳定性。通过采用先进的算法和传感器技术，AR技术可以更加准确地识别和定位安全风险，从而提供更加可靠和稳定的安全服务。

2.增强现实（AR）技术在设备维护系统设计的总体原则

2.1主要模块

（1）设备识别模块：该模块通过内置的识别算法，对AR设备进行快速、准确的识别，以便后续的维护操作。

（2）故障诊断模块：该模块利用机器学习和人工智能技术，对设备故障进行智能诊断，提供相应的维护建议。

（3）维护计划模块：根据设备的运行状态和故障历史，该模块会生成相应的维护计划，包括维护时间、人员、工具等，确保维护工作的顺利进行。

（4）远程协助模块：该模块提供远程技术支持，当设备出现复杂故障时，可通过该模块寻求专业人员的帮助，缩短故障处理时间。5.用户管理模块：该模块负责用户权限的管理，确保系统安全和数据隐私[1]。

2.2实现路径

（1）技术选型：我们将采用先进的计算机视觉、机器学习、人工智能和物联网等技术，确保系统的稳定性和可靠性。

（2）数据采集：通过传感器和摄像头等设备，实时采集设备运行数据，为故障诊断和预测提供数据支持。

（3）算法优化：不断优化算法，以更快速、准确地诊断设备故障。

（4）用户体验：优化用户界面，提供简洁、易用的操作界面，方便用户使用和维护。

3.基于AR的设备维修指导流程

可用三个步骤实现该流程：第一步是创建模型，第二步是技术实现，第三步是实际指导应用，如图1所示。

（1）模型创建：设备管理人员可以在设备维护和检修模型的创建环节里，按照具体的需要实施必要的修改和调整。为了各类指导需求都得以满足，在AR虚拟场景模型的处理中，既可以拆分模型也可以向其他模型转化，更方便在数据库中分类存储。这些模型完全能够生成在3ds Max软件中。借助对IFC标准格式的相关处理，让不同软件间的信息得以合理交换。导出Revit模型是第一步，将其变为FBX格式文件，这—步骤是必要的，因为FBX格式可以提供更好的数据交换和兼容性。然后，可以在3ds Max软件中再次将处理后的模型导入，实施下一步的渲染和有效处理。最后导出处理后的模型，变化为WRL格式文件，后期会以模型的形式提供给AR程序。

（2）AR实现：该基于AR的设备维修指导系统，能够成功地将ARToolKit嵌入其中并运行，虚实结合的场景完全可以在设备上显示，完美地呈现出AR的独特效果。

（3）指导应用：在设备维修过程中，当工人对某个设备维修感到困惑时，他可以借助维修系统中的AR程序来寻求帮助。这些程序能够为他提供准确的指导，使他能够顺利完成维修任务。

图1基于AR的设备维修指导流程

4.系统架构

在AR的设备维修管理平台的开发设计过程中，开发工具主要使用了ARToolkit工具包。平台的构建被划分为两个主要部分，一部分是用于创建图形用户界面的Qt，另一部分则是用于数据存储的MySQL数据库。这个利用层级结构组织起来的框架主要包括五个层级：数据层、模型层、平台层、应用层以及界面层。

在开发和设计该这个海洋石油钻井平台设备维护系统的过程中，逻辑结构的应用使用如图2所示，每一层具备如下的作用：

（1）数据层。针对相关的维护管理，搭建整体的AR应用环境，进行各类数据的有效整合，主要包括三层模型数据、日常运行维护数据以及设备基础信息等。该环境提供了一个独特的方式对数据进行分析和操作，包括数据的读取、调用、修改以及存储等基础操作，同时还涉及数据结构的设计和数据调用机制的制定等关键步骤，它们是确保系统各模块功能正常发挥的关键因素[2]。

（2）模型层。进行该层面相关数据的有机组织，进行模型特征的合理构建，在系统内针对3D模型、平面动画、文本信息等实施有效整合。

（3）平台层。平台层链接着应用层和数据层，发挥着极其构建的衔接作用。可以充分利用相关平台的关键组件，保证顺畅地流通各层信息，包括设备查询平台和过程指导平台。

（4）应用层。应用层负责维护和管理AR的设备，发挥着不可替代的核心作用，主要是由各类模块功能构成，如决策制定、设备维护信息查询、过程指导和结果对比等相关模块。

（5）界面层。界面层能够实现相关界面的显示，包括人机交互的界面展现，输出界面风格内容等。

图2集成系统逻辑结构图

通过架构分析进行系统框架的构建过程中，最核心的枢纽就是系统服务器，它能够将不同设备模型的数据有效存储（以WRL格式呈现）以及相关的文件。系统服务器还负责管理这些文件的信息存储、搜索以及调用等操作。另外，MySQL数据库作为系统的关键组成部分，负责协调各模块和数据库之间的关系。因为这些数据库能够彼此作用，系统便可以借助AR技术和建模软件，提供两个核心功能，即设备查询和维修过程指导。

5.增强现实（AR）技术系统应用

5.1登录界面

维修人员可以登录系统用户界面，输入账户和密码即可进入。

5.2设备信息查询模块

通过管理系统，管理人员能够详细了解所有设备的各项情况，包括其名称、型号、编号、维修状况、出厂日期等。这样，一旦发现某一设备出现故障，管理人员能够迅速派出相应的维修人员进行处理。而对于维护人员来说，他们只需登录系统，即可查看自己负责的那部分设备的具体情况。一旦某一设备出现故障，系统会提供详细的故障信息，帮助他们迅速定位并解决问题。同时，管理人员可以利用信息查询模块获取所需信息，主要是按照维修人员姓名分类的信息。而对于维护人员来说，他们只能查询到自己负责的设备的详细信息。具体情况如图3、图4所示。

图3设备信息查询（管理人员）

图4设备信息查询（维修人员）

例如，维修人员刘三可以在信息查询模块中，能够看到自身管理的101、102号设备，并显示102设备的实际状态，包括设备的相关名称、编号、维修状态等，更包括该设备的图片，可以利用“+”“–”键调节图片的大小，翻页文本可以通过“上一页”和“下一页”实现[3]。

5.3维护过程指导模块

一旦发生意外的故障，维修人员便可以通过维护指导模块进行指导，充分发挥虚实结合的优势指导设备维修。例如，在安装片式球形阀的步骤中，可以操作“显示TIPS”，就能够出现与模型相关的图片，反之，操作“隐藏TIPS”则将显示的图片隐藏（见图5）

图5 关联图片和文本

6.结束语

综上所述，增强现实（AR）技术在海洋石油钻井平台设备维护中具有广泛的应用前景。通过实时数据展示、故障诊断、远程协助和培训指导等功能，AR技术可以提高设备维护的效率、降低成本并提高安全性。随着技术的不断进步和应用领域的扩展，AR技术在海洋石油钻井平台设备维护中的应用将会越来越广泛。未来，我们期待AR技术能够在更多领域发挥其优势，为人类的生产生活带来更多的便利和创新。

参考文献

[1]李全勇，王晓永，李成荣，等.构建以专职点检驱动的设备应急和状态维修体系.设备管理与维修，2020(17): 1-3.

[2]慕竞玮.增强现实技术发展分析及预测[J].软件导刊,2018,17(3 ) :4—7.

[3]朱标.增强现实技术在装配检修中的应用研究[J].重庆工商大学学报 ( 自然科学版 ),2021

,02-0096-06.