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.