李熙然 高太 叢峰武 孟讓 陶然

1.鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司齊大山選礦廠；2.大連交通大學(xué)

本文對(duì)智慧礦業(yè)在皮帶機(jī)運(yùn)維中的具體應(yīng)用進(jìn)行研究，提出選礦皮帶機(jī)AR運(yùn)維的二段式建設(shè)的思路。針對(duì)運(yùn)維部件，結(jié)合AR技術(shù)、三維掃描技術(shù)和三維模型，提出通過AR運(yùn)維工作流積累數(shù)據(jù)，構(gòu)建比對(duì)可行性方案。提高選礦皮帶機(jī)隱患的識(shí)別效率與故障點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，進(jìn)一步推進(jìn)“智慧礦業(yè)”的發(fā)展。

選礦作業(yè)設(shè)備從破碎設(shè)備、磨礦設(shè)備、篩分設(shè)備到磁選設(shè)備、浮選設(shè)備，整套設(shè)備的綜合運(yùn)作串聯(lián)形成完整的選礦作業(yè)鏈[1]。皮帶承擔(dān)起了選礦設(shè)備中的一個(gè)重要角色，是選礦作業(yè)良好進(jìn)行的基礎(chǔ)，對(duì)皮帶機(jī)整體隱患排查、維修的不及時(shí)會(huì)造成機(jī)器的故障以及停轉(zhuǎn)，降低選礦工作效率。

1 國(guó)內(nèi)選礦皮帶運(yùn)維現(xiàn)狀及機(jī)遇

選礦機(jī)器皮帶的工作是以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源頭，滾輪在動(dòng)力支持下高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。在皮帶機(jī)的巡檢過程中，很多部位的隱患是不可見的，單靠觀察無法判斷部件損壞情況。定期停機(jī)更換皮帶，這種不探究皮帶本身的破損程度的方式資金消耗巨大，并且皮帶的利用率低。

“智慧礦山”理念下，首先需要在企業(yè)構(gòu)建智慧化的基礎(chǔ)體制，智能化工作流程；其次，在基礎(chǔ)建設(shè)完備的情況下，增添智能化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維工作的可視化等專項(xiàng)建設(shè)[2]。

2 AR技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景分析

2.1 員工需求分析

通過用戶分析的方法，細(xì)分使用人群的不同需求，分析步驟如圖2所示。新員工：培訓(xùn)難度大、周期長(zhǎng)，維修操作及判斷需要時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)積累。巡檢、維修的工作人員：巡檢部件繁雜，部分部件無法用視線觀察，內(nèi)部問題及細(xì)微問題無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。維修專家：發(fā)生設(shè)備故障，專家的溝通效率低。

2.2 選礦皮帶機(jī)運(yùn)維分析

通過實(shí)地考察，員工座談方式，掌握目前選礦皮帶機(jī)智慧運(yùn)維的幾個(gè)方向：

（1）環(huán)境惡劣，設(shè)備易損壞：選礦設(shè)備是要對(duì)礦石進(jìn)行破碎、打磨、浮選等操作，選礦設(shè)備所處的環(huán)境并不樂觀。不確定的溫度和濕度的環(huán)境下，大量的粉塵以及碎石會(huì)對(duì)機(jī)器皮帶造成磨損，皮帶被損壞的幾率極高。皮帶機(jī)任何部位損毀，進(jìn)入到維修步驟生產(chǎn)效率就會(huì)受到影響。

（2）設(shè)備檢修不及時(shí)、難度大：皮帶機(jī)作為選礦作業(yè)傳輸運(yùn)行的功能部件，保證其穩(wěn)定的工作十分重要。環(huán)境與技術(shù)的限制下，維修管理不及時(shí)、視覺判斷潛在隱患等問題亟待解決。

（3）專業(yè)人才缺乏：由于選礦作業(yè)的環(huán)境十分艱苦、工作環(huán)境不適宜人長(zhǎng)期停留，很難招聘到專業(yè)的檢修技術(shù)人員。新鮮血液的培養(yǎng)多以“老帶新”的傳統(tǒng)方式進(jìn)行，員工培訓(xùn)缺乏管理上的規(guī)范化，缺少先進(jìn)技術(shù)的輔助判斷，需要降低皮帶機(jī)維檢工作的強(qiáng)度與難度。

（4）缺少有效的運(yùn)維數(shù)據(jù)管理：企業(yè)根據(jù)工作環(huán)境以及位置布局會(huì)對(duì)新的選礦機(jī)器進(jìn)行調(diào)整改裝，目前這樣的改裝和后續(xù)的維修操作都不具有準(zhǔn)確的記錄，數(shù)據(jù)化的管理更是匱乏。在后續(xù)的運(yùn)維工作中，缺少機(jī)器的全部信息，對(duì)推導(dǎo)損壞源頭造成了一定阻礙[3]。

2.3 選礦皮帶機(jī)AR運(yùn)維實(shí)現(xiàn)方向

通過技術(shù)人員與專家的研討形成解決方案，如圖3所示的分步技術(shù)應(yīng)用，讓新員工更快的步入工作環(huán)境，讓AR管理介入運(yùn)維。當(dāng)皮帶機(jī)運(yùn)維數(shù)據(jù)積累達(dá)到一定程度，基于AR技術(shù)的二期建設(shè)就可以提上日程。

3 解決方案

3.1 AR運(yùn)維工作流方案

使用SaaS平臺(tái)，完成智能工作流的配置以及使用，具體流程如圖4所示。規(guī)范選礦皮帶機(jī)需要檢修的部件工單，設(shè)定檢修步驟以及檢修標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 AR模型比對(duì)方案

建立可視化AR模型比對(duì)方案。使用三維掃描技術(shù)、AR技術(shù)和三維模型庫(kù)，提供一種掃描皮帶機(jī)部件點(diǎn)云，形成實(shí)時(shí)三維模型與標(biāo)準(zhǔn)模型比對(duì)[4]。梳理需要構(gòu)建三維模型的具體部件，形成帶有點(diǎn)云數(shù)量預(yù)設(shè)區(qū)間的數(shù)據(jù)單。后續(xù)根據(jù)工單數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型庫(kù)，工單具體信息如表1所示。根據(jù)第一階段數(shù)據(jù)使用Hammersly采樣方法進(jìn)一步精準(zhǔn)曲面布點(diǎn)。

表1 選礦皮帶機(jī)維修工單Tab.1 Maintenance work order of beneficiation belt conveyor

托輥?zhàn)鳛檫\(yùn)輸機(jī)承擔(dān)70%以上重量的部分，占了一部臺(tái)式運(yùn)輸機(jī)成本的35%，是皮帶機(jī)的重要部分。下面以選礦皮帶中編號(hào)為G□108-315-305，軸承基本代號(hào)6305的托輥?zhàn)鳛槟Ｐ褪褂脤?duì)象，標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖如圖5所示。使用Rhino三維建模軟件制作三維模型，進(jìn)行方案應(yīng)用展示。

輔助員工檢修工作。皮帶下托輥AR運(yùn)維環(huán)境如圖6所示。對(duì)托輥上面排布的點(diǎn)云快速掃描，生成目前狀態(tài)下的托輥三維模型。與圖像相比，點(diǎn)云在空間上的排布帶來了不可替代的優(yōu)勢(shì)：深度。一個(gè)完整的三維點(diǎn)云相當(dāng)于完整的提供了對(duì)應(yīng)的三維空間數(shù)據(jù)。如圖7所示為托輥上的精簡(jiǎn)前后點(diǎn)云對(duì)比圖。

在AR平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)時(shí)的和模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行三維模型對(duì)比處理[5]。三維模型采用點(diǎn)云擬合中軸線和提取橫斷面算法的方式，計(jì)算模型之間的偏差。例如運(yùn)用Bentley ContextCapture作為數(shù)據(jù)識(shí)別軟件，形成攜帶實(shí)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維模型。利用IF函數(shù)快速進(jìn)行數(shù)據(jù)差異判斷，使用函數(shù)公式：=IF(C3=D3,0,1)函數(shù)解析（0代表數(shù)值相同，1代表有差異）?？焖俸Y選出點(diǎn)坐標(biāo)集之間的差異，精準(zhǔn)反映在三維模型上面。把細(xì)微的隱患都呈現(xiàn)到員工面前，三維比對(duì)效果如圖8所示。降低員工檢修難度，把數(shù)據(jù)可視化處理。

托輥被掃描后與標(biāo)準(zhǔn)模型重疊的效果，不吻合的部位出現(xiàn)了顏色的區(qū)分，并且被智能標(biāo)注。員工在該模型的輔助下，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)偏移點(diǎn)，并對(duì)托輥矯正。如圖9所示為數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化的流程。

4 前景展望

在智慧礦山理念下，通過AR技術(shù)與三維技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建了基于企業(yè)、員工以及專家多方可協(xié)作、有記錄、可追溯的運(yùn)維數(shù)據(jù)，在企業(yè)原本智能運(yùn)維的基礎(chǔ)上拓展了新方式。分階段逐步建設(shè)選礦皮帶機(jī)的智能運(yùn)維及管理，降低生產(chǎn)消耗與停機(jī)消耗，降低工作對(duì)員工的素質(zhì)要求，提高設(shè)備隱患排查精準(zhǔn)度，從而，提高運(yùn)維工作的效率以及準(zhǔn)確性。