基于可视化的玻璃装备智能化改进技术研究_宋方轲.pdf

：基于可视化的玻璃装备智能化改进技术研究宋方轲，许杰（蚌埠凯盛工程技术有限公司，蚌埠 ；中国建材国际工程集团有限公司，上海 ）摘要：针对现阶段玻璃热端装备存在的问题，该文研究利用工业互联网技术，依托自主开发的相关软件，采用三维可视化来实现对玻璃装备智能化改进。从可视化设计、可视化分析等方面，完成玻璃热端装备在其全生命周期内所涉及的工艺参数和加工状态信息，并通过可视化手段进行直观呈现与分析。关键词：玻璃装备；全生命周期；大屏可视化技术 ，（，；，）：，：；收稿日期：作者简介：宋方轲（），高级工程师 ：随着玻璃产品市场需求的日益扩大，玻璃产品的产量和质量不断提高，对玻璃加工装备的制造提出了更高的要求。玻璃加工装备生产过程中涉及到多学科、多领域技术知识，对其中涉及的工艺参数和加工状态信息可通过可视化手段进行直观呈现与分析显得尤为重要。可视化分析技术作为一种新兴技术被广泛应用于机械、电子、控制以及自动化等领域，在工业设计方面已得到了广泛应用。随着计算机视觉技术与可视化分析领域的不断发展和成熟，可视化分析技术在工业设计中的应用越来越深入，可视化研究被逐渐作为工业设计师们开展研究工作的一个重要手段。可视化分析技术可以将设计方案、产品、工艺参数和加工状态信息等内容在三维空间中进行展示，使人们能够直观地看到产品外观结构及各个部分，并能将数据进行有效管理和处理，提高设计师们工作效率。该文主要从工业设计领域出发，对可视化分析技术及其相关文献综述作了简单介绍；重点针对国内玻璃制造装备工艺参数和加工状态信息通过可视化分析来提升其设计质量、降低生产成本方面作了一定研究；并结合国内外相关研究成果对玻璃设备行业未来发展趋势进行了探讨。文献综述可视化分析与设计可视化分析与设计的概念最初由德国学者 提出，其本质是将产品设计过程从静态描述转向动态设计，是一种对产品进行分析、评价和优化，进而对其外观、功能和性能进行优化的一种方法。从工业设计（）角度出发，将其定义为“基于人的认知过程的理论研究及应用，使计算机能够理解建材世界 年第 卷第期人类所表达的内容并以某种方式组织、解释或者预测其行为和结果的一种理论方法”。在玻璃加工装备领域中，可视化分析与设计主要应用于设备功能及结构分析、外观视觉效果设计、工艺参数优化、状态评价及产品质量控制等方面。肖占军认为可视化分析主要包括机械结构分析、光学特性分析和材料性能分析等；而可视化设计主要包括产品整体造型和外观色彩设计等。玻璃装备在生产线上的状态监测与故障诊断玻璃装备在生产线上工作，不仅需要对其内部关键部件如密封元件、传动部件等进行维护和保养，而且需要定期开展故障诊断与检测工作，以保证生产正常有序进行。倪彬彬提出对于密封元件的泄漏状态监测以及传动部件的故障诊断和维护，通常采用人工巡检或在线监测方式。为了更好地实现智能维护，需要对关键部件上的缺陷进行检测，并根据缺陷检测结果及时安排维修任务。吴林燕提出了一种基于机器视觉技术与深度学习技术相结合的玻璃加工装备健康监测系统，以智能算法为核心，采用基于机器视觉的运动姿态分析方法作为主要技术手段，结合工业传感器网络和工业大数据平台提供的实时数据采集与处理能力，对玻璃加工装备的加工轨迹进行自动化识别和在线运行状态监控。管翔辉通过实验分析了玻璃加工装备运动传感器阵列与信号采集模块组合后对其测量精度、测量稳定性、动态响应性能等指标的影响关系，并提出一种基于深度学习网络模型对运动部件进行故障诊断与识别的方法。玻璃加工装备工艺参数和加工状态分析玻璃加工装备可通过可视化分析手段对其工艺参数和加工状态进行分析，从而更好地了解玻璃产品的生产流程，并指导玻璃生产。韩子良等提出可通过可视化手段对玻璃加工装备的制造流程和各工序进行直观展示与分析研究，通过可视化分析手段能够对工艺参数和加工状态等数据进行处理并形成直观的图形，便于观察与了解。目前可应用可视化分析方法并实现可视化分析处理的软件有很多，但由于玻璃加工装备的结构复杂并且体积庞大，大部分软件大多是针对某一具体设备或某一特定流程进行开发。赵洪波等提出对于不同类型、多个加工装备和流程而言，可视化分析手段并不是唯一可行的解决方案。通过对可视化数据的采集、预处理，实现基于大数据量获取不同类型玻璃加工装备和相应加工环节工艺参数和加工状态等信息。可视化分析能够帮助我们直观地了解玻璃生产线所处的运行流程，并进一步了解其工艺参数及各工序间相互关联关系。目前玻璃企业对此方面研究较少，但对其进行更深入、更全面的研究将会对我国玻璃产业发展产生深远影响。三维可视化三维可视化是将复杂的产品进行三维的、直观的再现，使用户在可视的情况下对其加工过程有更好认识，从而更合理地安排生产计划。在玻璃装备全生命周期内，通过三维可视化手段可以直观地了解玻璃装备的生产加工过程、工艺参数以及加工状态，为提高玻璃产品制造质量和降低成本提供决策依据。是一种快速建模工具，它可以帮助设计人员快速建模，为后续工艺调整、改进提供直观的可视化数据分析与交互结果。许茜等认为随着 应用范围的不断扩大和深入，在对其可视化分析和优化时会遇到许多问题，如不同环境下的 数据表现不一致、无法实时获取三维曲面模型、三维模型难以快速修改等。在玻璃加工装备可视化过程中需要解决的关键问题是对各类信息进行高效处理和分析。左圆圆等提出基于可视化信息与分析技术的融合将为玻璃加工装备全生命周期内工艺参数及加工状态等相关方面提供更加高效、精准的可视化支撑。研究过程主要技术内容基础设施通过玻璃产线的基础环境设备（）与数据采集站（数据）进行通信，获取的数据信息通过 通信协议，提高准确性和可靠性。将边缘计算后的有效数据通过相互认证的 协议传递至数据上层。数据采集站（数据）起到数据桥的作用，负责原始数据和预处理的信息的采集，并进行简单边缘计算，剔除无效上层本地数据服务器或云端数据服务器。）云端部署：云端部署方式支持阿里、华为等主流云服务商，同时也支持用户自建的私有云，同时借助 模式进行数据上传。云端平台的建立对于移动应用、海量数据存储、服务器灵活扩容具有重要价值，建材世界 年第 卷第期同时借助云服务商的数据安全技术，保证数据存储的安全，同时降低硬件成本投入以及后续维护费用投入。）本地私有化部署：根据用户实际使用需求，支持本地化部署，将用户玻璃装备数据以互联网的方式传输到固定的私有服务器集群，实现对玻璃装备的统一管理。智能化管控对玻璃装备进行数据分析，状态预测以及智能化管理，其目的是把玻璃装备的运行状态推送至可视化端。具体流程如下：）智能管理：设备管理、物资管理技术监督、运行管理；）智能分析：数据管控、故障预警、智能监控、智能预测；）智能网络：数据分析、智能巡检作业协助。统一展示 多种类型的人机交互界面利用丰富的图形、图像方式，结合三维空间表现手段和智能化的控制，通过专业渲染引擎形象而立体地实现数据多维可视化展示、互动和设计的一体化平台，并打造全方位的大数据可视化决策中心，帮助用户智慧感知玻璃装备态势以及科学决策分析。主要解决的技术难点及解决方法数据采集及数据架构的建立）数据采集：通过采集控制系统数据、设备检测数据、工艺相关数据等进行多源数据整合集成。整合的方法是对控制系统设备监测历史数据导入、实时数据接入、故障通知与分析数据录入上传，并结合工艺设计相关数据，通过便捷的人机交互，实现数据与行业知识经验的紧密结合，为后续分析提供坚实基础。）数据采集层：通过接口和设备采集底层相关数据。）数据存储层：数据存储层主要完成现场数据的实时存储功能。历史数据经数据处理为应用提供数据支持。）对外接口层：通过统一接口平台，工厂数据库将整合和计算的数据提供给其他应用窗口。玻璃装备数据开发采用非线性多变量动态关联建模技术，通过大数据的特征挖掘、学习以及动态模型优化、知识库管理。开发运行状态预警模型与智能健康诊断模型两套模型。）运行状态预警模型：利用设备生产控制过程中产生的各种类型的数据对重要设备的健康状况进行分析，包括：设备数据多维度关联性分析、设备运行状况横纵向对比分析、基于实际使用及操作情况的设备健康评估等，为设备管理决策提供辅助支撑及可靠依据。）智能设备健康诊断模型：以历史故障记录为数据基础，知识库在线数据分析，为用户提供解决疑难故障的建议方案，并通过不断更新知识库进行自身完善，如图所示。建立设备管理库以玻璃装备数据开发为基础，结合玻璃装备及工艺，通过设备发生故障的概率及设备发生故障产生后果的严重性，智能组建设备风险评估并建立个等级的设备管理库，以实现对玻璃装备进行备件的科学化采购管理。级库风险极高，工厂级库存备件且在运行设备要不定时检查；级库风险较高，企业级库存备件且在运行设备要定时检查；级库设备风险一般，“云”库存备件。在运行设备常规检查级库可以不存储备件建材世界 年第 卷第期或少存储备件。玻璃装备全生命周期监控（智能指挥中心）玻璃装备全生命周期监控主要包括部分。）平台管理：包括设备模型、项目模型、用户及角色、邮件服务、短信服务、系统日志、平台通用管理等功能；）权限管理：采用基于用户角色的权限管理机制；）装备管理：实时的装备信息。支持玻璃装备 建模、实时数据监控、数据日志分析、审计跟踪、开关记录、设备告警、设备地图、网络拓扑；）事件警告：结合玻璃生产各业务系统及装备定制报警、预警信息；）组态和应用：提供 云端组态功能，可定制专属的矢量图形组件。功能分类）告警分类：针对告警内容进行优先级分类管理，并设定响应机制、时长、负责人等信息；）联系人管理：精确绑定维护与具体负责人关系、联系方式，并设定维护响应时间。告警发生时，第一时间通过消息推送的方式通知维护人员及时准备工具和备品备件赶赴告警装备现场，提升维护效率；）定位故障及告警点：对故障及告警在分类的基础上进行梳理和编码，并根据故障时段特征定位技术进行故障时段的参数异常分析，快速定位故障和告警点，同时结合梳理和编码快速给出运维方案和方法，提高运维效率，降低运维成本；）预测性运维：玻璃装备异常分析与预警采用异常特征检测技术，可从玻璃装备传感器数据的关联变化中自动检测异于常态的数据所对应的异常状态，提前发出需要运维指令，降低非计划性停机，提高玻璃装备使用率。经济与社会效益目前国内外玻璃加工装备领域主要采用基于工艺参数自动识别的系统构建方法来实现对工艺参数及状态信息的可视化。该研究伴随着工艺参数自动识别技术向智能化、可视化方向发展，可以有效降低人工作业成本，提高了自动化程度和生产效率。未来玻璃加工装备领域将进一步完善与优化可视化技术，使其更好地服务于玻璃行业智能化升级改造，推动自动化装备向高质量发展。结论随着计算机技术的发展，可视化设计与分析技术已成为当前工业设计领域的热点之一，不仅为玻璃加工装备的智能化设计与开发提供了更好的理论支撑，也为玻璃产品研发、外观设计与性能分析等提供了更多更丰富更便捷的数据来源，从而提高了设计师工作效率和产品研发效率。该研究主要介绍了大屏可视化系统及其所包含的功能模块及算法，实现了玻璃加工装备可视化呈现。通过将计算机视觉技术与可视化分析技术融合，不仅能够实现复杂三维实体模型及结构的快速构建、虚拟装配与仿真，还能够实现玻璃装备全生命周期内工艺参数和加工状态的可视化输出，以满足不同客户个性化定制要求，同时还能够提高生产效率。但在实际应用过程中，由于传统可视化系统的设计与构建基于硬件、软件和服务集成的方式需要花费较多的时间成本和财力资源等方面因素，导致可视化系统在实际应用中效果不明显。随着计算机技术及其相关技术（如图像处理、语音识别、语义识别等）的快速发展，可视化分析系统将逐渐成为现代玻璃制造装备智能化发展与研究中不可缺少的工具。参考文献肖占军，鞠龙，董东喜军事大数据可视化问题研究数字通信世界，（）：，倪彬彬浅谈大数据可视化福建电脑，（）：吴林燕面向聚类的数据可视化技术研究电脑迷，（）：管翔辉大数据时代下的可视化方法分析福建电脑，（）：韩子良，毕妤数据可视化在数据挖掘中的应用计算机应用与软件，（）：赵洪波，朱波，刘海昕 图书馆大数据可视化分析系统的设计与实现 科技创新导报，（）：许茜，黄子杰，蔡晶，等基于大数据研究的医学数据可视化中国卫生统计，（）：左圆圆，王媛媛，蒋珊珊，等 数据可视化分析综述 科技与创新，（）：建材世界 年第 卷第期