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好文分享 | 通过Movicon.NExT™︎实现增强现实

现代技术提供了重新定义人机界面管理方法的可能性。可穿戴增强现实技术使不久前还被认为是科幻小说的解决方案成为可能。

增强现实(或称为AR)技术是借助所使用的电子设备或IT设备提供的电子视听信息来增强人类的感官体验,或借助这些电子视听信息来补充一个人身处的环境。因此,依靠增强现实技术,可以向周围环境实时添加信息,该做法经证实在评估环境以持续做出最佳决策方面大有助益。

增强现实技术有几种不同的用途。直到不久前,AR应用还只是主要局限于在智能手机或平板电脑上使用,通过集成网络摄像头拍摄的图像,根据具体需求和地理定位辅以电子信息进行增强。现在,随着这些解决方案应用范围的扩大,可穿戴设备的引入带来了新的操作可能性。在本文中,我们将不考虑增强现实为个人、家庭或娱乐应用提供的任何可能性,而是关注增强现实如何重新定义在工业环境中运行机器和工厂的方法。

工业环境中的增强现实

近年来,由于增强现实技术的发展,尤其是在可穿戴电子设备领域,增强现实解决方案在工业环境中的应用显著增加。事实上,工业环境中的关键附加值在于允许操作员自由移动和使用双手,同时提供与操作环境相关的额外实时信息。在这种情况下,可穿戴AR系统支持并简化操作活动,构成了一个极好的解决方案,与管理自动化系统和维护活动时常用的监控和HMI技术完美集成。增强现实技术可应用于多种制造行业或过程控制中,操作员可以使用标准SCADA/HMI查看工具并将新系统与之集成,以执行各个过程阶段所需的操作,提高生产效率,降低错误风险,并最大限度地减少生产或维护停机时间。提供给操作员的设备通常是成套的:配备显示器、摄像头、音频硬件、Wi-Fi连接和电池的眼镜或头盔,,以确保此类设备的自由和灵活性。例如,这些系统可以在可穿戴屏幕上显示与操作员工作环境相关的动态实时信息,以及流程操作、系统状态、警报相关信息、所需操作或环境帮助。同时,他们可以解释所需的命令,如启动、停止、设定点修改、基于警报的指令请求等。这些免持设备使得操作阶段具有更高的灵活性和速度,这是使用标准HMI接口系统所无法比拟的,但操作员仍可继续使用这些接口系统,因为它们仍然可以为传统的作业过程提供工作站支持。对于维护活动,增强现实系统一方面可以专注于自己的活动,在屏幕上查看有关被维护部件的文档,另一方面可以使用无线连接与操作中心进行免持通信。因此,可以显著降低由于不准确或错位而出错的风险。

增强现实的各种好处包括:

  1. 查看与自动化系统相关的实时信息。
  2. 查看与操作关联的所需操作的详细信息。
  3. 报警通知和相关指示。
  4. 基于语音或手势命令的HMI交互。
  5. 指导维护和操作。
  6. 具有实时关联相关反馈的条形码或二维码扫描。
  7. 与遥控作业中心的其他操作人员进行连接和交互。
  8. 自动化系统的交互式和/或全息3D视图。通过Web访问信息。

上述应用仅仅是可用于工业环境的诸多场景中的冰山一角。在不久的将来,不断发展的技术将能够创造出使用越来越便于使用、功能越来越强大和丰富的设备,从而提供易于使用的全新解决方案以满足特定需求。

HMI得以重新定义

增强现实技术是自动化领域的一个崭新机遇,随着新式可穿戴设备的问世,增强现实技术的潜力可以重新定义运营商管理生产过程的方法,从而提高生产率并缩短生产停机时间。实际上,由于HMI现在可以穿戴,操作人员能够持续控制过程,并且可以根据生产过程的情况即时、准确地采取行动。操作人员对机器说话、询问信息、处理命令或通过手势直接与系统交互来启动或调整一个过程的场景不再是科幻小说。此外,机器还可以根据情况的需要,要求操作人员执行所需的命令或人工操作,从而指导操作人员的活动,防止操作人员误操或效率低下。这项技术掀起了操作员接口领域的一场变革,从而要求在设计自动化系统时采用截然不同的方法,以便最大限度地利用这种新潜力。

以全新方式看待事物

根据所使用的硬件设备、自动化环境和项目目标而定,可以有几种不同类型的增强现实解决方案。为使增强现实项目取得成功并转化为生产力的显著提升,必须以全新的视角来看待HMI系统的项目设计。必须评估如何根据环境和可穿戴显示器的要求来充分显示信息,然后仔细选择和定位正确的信息,并根据所使用的硬件功能和操作关联,评价诸如“文本到语音”或“语音识别”等附加组件的使用,来管理操作人员的交互性。最后,应考虑到新技术提供了惊人的图形性能,这是目前的HMI系统根本无法想象的。更具体地说,一些设备可以渲染整个机器或机器部件的3D图形和全息图,当将这些设备连接起来时,它们可以根据实时数据动态绘制一个对象的3D动画。

应用程序服务器:Movicon.NExT SCADA/HMI

增强现实项目必须从数据服务器(即一个与系统或机器进行物理通信的应用程序)收集其动态数据,因此需要使用合适的协议访问来自监控设备(如PLC、CNC、传感器等)的数据。由此,需要一个服务器平台来发布系统相关的数据,并使其可用于增强现实设备。然而,系统很可能需要一个与增强现实设备断开连接的监控工作站。监控工作站(SCADA/HMI)管理此类系统的所有典型需求,包括:

  1. I/O数据服务器
  2. 事件和过程相关数据的历史化
  3. 警报通知和事件通知管理
  4. 数据分析管理
  5. 控制逻辑管理

因此,增强现实设备应连接到监控系统,或者至少应在系统相关实时数据可用时连接到监控系统。监控系统和增强现实系统是彼此严格链接的。理想的解决方案是一个标准、开放、用户友好的平台,该平台使用所有工业协议与多个现场连接选项兼容,具有模块化和可扩展的特性,并且包括设计SCADA/HMI系统以及增强现实系统所需的所有功能。

Movicon.NExT

Movicon.NExT是基于最现代和创新的软件技术的新一代SCADA/HMI平台。它由艾默生公司开发,该公司在应用于自动化、特别是工业自动化和生产与能效方面的软件技术领域拥有25年的经验。其应用最广泛的产品是Movicon,该产品在全球安装的应用程序超过10万套。ovicon.NExT基于Platform.NExT自动化技术,这是一种模块化的软件解决方案,以.NET框架为中心,由艾默生特别开发,用于基于PC架构和嵌入式系统的自动化应用程序。该平台采用OPC UA数据传输规范,从而构成了一个在同一框架中链接客户端模块和服务器模块的模块化、开放的平台。得益于其模块化的方法和技术,该平台成为需要内在开放性和灵活性的工业物联网项目的理想解决方案。

I/O数据服务器

一个优秀的工业监控项目始于对数据收集的规划。这就是使用Movicon.NExT中所包含的通信服务器是理想之选的原因所在,因为此类通信服务器允许使用包括Profinet、BACNet、Ethernet/IP、EtherCAT 、Modbus等现场总线协议在内的自动化中常用的协议来连接到如西门子、罗克韦尔、施耐德、三菱、欧姆龙、松下之类的设备。除了与用于自动化设备的协议兼容之外,Movicon.NExT还原生支持OPC UA连接,因为框架的数据规范是基于OPC UA类型的。至于工业物联网,Movicon.NExT的服务器可以连接到任何设备或应用程序,甚至使用PubNub或MQTT协议,并且它还与Azure IoT直接实现兼容。此外,服务器还提供了警报管理和历史记录管理的最先进和全面的功能,用于在数据库或云端记录数据。

新一代人机界面技术

在Movicon.NExT中,数据显示技术由客户端模块管理,并且运行对新一代人机界面上所期待的所有功能。图形呈现基于WPF(Windows Presentation Foundation),微软的新一代矢量引擎,使用基于XAML的矢量图形。无论屏幕分辨率如何,即使采用现代多点触控系统中广泛使用的“收缩和缩放”功能,也能获得高质量的图形 ---- 顺便说一下,这些功能得到了完全支持。

丰富的(也是最新一代的)符号和对象库已被设计来支持新的图形功能,并允许创建动画概览表,将现代自动化技术用到极致。3D图形支持,连同在3D元素或元素组上的动态交互功能,使创建最新类型的HMI系统(特别是关于新的全息设备的系统)成为可能。最后,图形功能使用诸如趋势、图表、数据分析以及强大的报表设计器等所有常见的功能,来全面支持报警和历史数据分析。

用于AR设备的NExT应用程序

谷歌眼镜是艾默生就增强现实技术进行测试的第一款产品。在最新的自动化贸易展上,为观众呈现了演示应用程序,引起了观众的极大兴趣。为了有效地设计与增强现实兼容的项目架构,艾默生开发了可以与Movicon.NExT监控服务器通信、通过AR(增强现实)设备来显示内容并与系统交互的应用程序。

为此,推出了一款基于Android的应用程序,它可以在AR设备的本地CPU上运行,当连接到Movicon.NExT监控器上时,可以在监控器上显示与设备兼容的单元概览表。因此,有必要概述各种各样的本地AR项目,以便以标准或自定义模式查看每一页的具体数据,并依靠安装在设备上的交互系统来接收待转发给监控器的命令。

因此,可以对系统进行配置,使用户能够自由创建自定义信息和与监控器进行自定义交互的功能。当然,为满足任何具体的需求,可以自主(SDK)、也可以在艾默生的支持下,将任何具体的自定义内容和交互请求编辑和集成到具体的应用程序项目中。

随后,微软宣布了开发一款新一代AR设备,即上述HoloLens。艾默生立即联系微软,希望成为第一批收到该设备试用套件的公司之一。如前所述,该设备是基于微软Windows 10操作系统的HoloLens。基于艾默生在该操作系统上的卓越经验,以及Movicon.NExT技术对Windows各项功能的原生整合,这款适用于Windows 10 HoloLens的应用程序设计用于使Movicon.NExT运行在本地创建的项目。在首个版本中,可能会对Movicon.NExT的概览表进行整合——尽管不使用3D技术,这将在艾默生产品的下一个版本中实现。但是,可以创建 HoloLens 的 HMI 项目,使用 Wi-Fi 连接和 IIoT 协议通过网络跨设备或监管者之间连接各个标签。得益于其瞄准技术和全息功能,HoloLens构成了一个真正的游戏规则改变者,并能够为人机界面解决方案展望未来带来可观的附加价值。

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