作业标准可视化在烟草物流中的探索与应用

黄建平 彭弢 汲潇滨

摘  要：经调研发现，传统的物流作业标准化规范培训重理论，轻实际，不够直观，参加培训需要从生产中抽调人员，打乱正常排班，影响日常工作，培训效果不佳。文章通过对烟草物流作业标准培训现状的分析，提出了基于AR技术的智慧物流作业标准可视化平台，着力培养作业人员标准化意识，有效减少了无效劳动环节，降低了学习成本，提升了标准化能力。

关键词：烟草物流;作业标准;AR技术;3D交互技术

中图分类号：TP311.13      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）12-0116-03

Abstract：It is found through investigation that the traditional logistics standardized operation training emphasizes theory，neglects reality and is not intuitive enough. It needs to transfer personnel from production to participate in the training，disrupts normal scheduling，affects daily work and the training effect is not good. Based on the analysis of the current situation of tobacco logistics operation standard training，this paper proposes an intelligent logistics operation standard visualization platform based on AR technology，which focuses on training operatorsstandardization awareness，reducing ineffective labor links，reducing learning costs and improving standardization ability.

Keywords：tobacco logistics;operation standard;AR technology;3D interactive technology

0  引  言

如今我国烟草物流的飞速发展，人们对于烟草流通渠道的眼界逐渐放宽，随后，物流产业更是将信息流、商流和物流有效綜合利用，摆脱了传统的商业物资流通方式，引进先进的现代流通技术，使得烟草更为快捷方便地被人们获取。在相关工作者与社会的共同努力建设下，烟草行业终于得以实现重大突破，从开始的亦步亦趋，到如今的稳定发展，烟草物流建设遵循着小起步点到大方向发展的自身原则，在市场上占据了一席之地。

虽然烟草行业在建设体系以及操作规范上已贯彻落实相关的制度与要求，但是由于员工文化水平参差不齐，通过传统的方式学习、掌握物流作业标准规范很难达到理想效果，因此这一系列的应用在推广中遭遇到了各种困难，导致标准规范制度的普及一再停滞。

贵州省烟草公司毕节市公司卷烟物流配送中心一直秉承科技创新的理念，探索并研究以AR和3D等技术为基础，通过图文、动画模拟等新媒介，针对重要作业环节及岗位操作，建设并形成了一套可交互的统一标准规范。引导作业人员标准操作走向，将被动接受转化成主动操作，给学习带来新鲜感，在亲身体验过程中加深记忆与理解，进而实现相关规范、操作的掌握。

1  物流作业标准化分析

1.1  现状及问题

物流作业标准化规范在烟草物流的安全生产工作中具有非常重要的作用，但物流作业标准化规范的设计制作、管理、培训和使用方面均存在不少问题。

1.1.1  原始素材获取与维护困难

物流作业标准化规范在编写过程中，收集、整理素材工作常常占用编制人员大量时间，劳动强度很大。例如，仅一幅设备插图，其中的设备多角度展示图就很难详细绘制，且形成的成果往往分散在各个班组的专业人员手中，缺乏集中共享管理途径，重用性低。

1.1.2  不便于学习掌握

目前的物流作业标准化规范多为纸质文件或Word文档，大部分通过文字、表格来描述生产作业的动作流程、完成标准。由于静态图文缺乏互动能力，不够直观形象，难以被初学者理解与记忆，大量的生产作业知识即便是熟练者也难以记忆;使用者只能被动接受，只有通过现场反复观摩、实际操作才能逐渐理解和掌握。

1.1.3  更新工作滞后

由于物流作业标准化规范缺乏集中共享的管理途径，一旦相关设备的生产作业资料变更、调整，势必导致已经发布的物流作业标准化规范难以及时更新，也无法保证所有相关部门、人员都能迅速获取到相应的版本资料，很可能造成运维检修上的问题，进而产生安全生产隐患。

1.2  平台目标

毕节市公司卷烟物流配送中心为配合设备管理信息化建设工作，由储配部牵头，信息部配合，编制仓储、分拣设备运维管理体系标准，包括设备操作及保养工作规程、设备操作作业指导书（设备SOP）、设备运维管理标准、备品备件管理标准、设备运维管理数据分析办法、岗位作业指导书（岗位SOP）等。但是在这些作业标准化规范的贯彻和执行上，目前一直都是通过统一的授课进行下达和讲解，而这种传统的教育模式会产生大量以图文为主的标准化文件，不仅内容复杂而且不够直观，作业人员很难快速获取和掌握执行内容，导致培训周期过长，文件执行力也将大打折扣。

通过智慧物流作业标准可视化平台的建设，使传统的作业标准化规范的学习更加生动和全面，让作业人员主动发现操作过程中的问题，及时改正，进一步提高物流作业标准化水平。帮助烟草物流快速建立健全的标准化教育体系，同时开展多维度的作业标准化学习与培训，增强作业人员标准化作业意识，有效推进标准化作业的实施，降低无效作业环节，提升人身安全保障，达到精益管理的目的。

1.3  应用前景

运用智慧物流作业标准可视化平台可以明显提高烟草物流在岗位标准认知的工作效率，从而降低工作成本，使作业人员充分的学习到标准规范的作业步骤，从而改变了习惯性违规的错误，从另一方面来看，该平台极大地降低了作业人员的培训成本，为作业人员培训教学提供更为高效、优秀的新模式。

2  主要技术难点和创新点

2.1  技术难点

智慧物流作业标准可视化平台通过3D交互技术实现三维内容的呈现和用户交互，采用三维实时分布式渲染技术来实现无限大规模场景的实时渲染，与其他技术的比较具有画面表现真实、互动性强、适合拓展物流作业标准可视化功能应用等特点。需要达到以下标准。

2.1.1  智能加载技术

智慧物流作业标准可视化平台以增强现实技术（Augmented Reality，AR）和3D交互技术为基础，会使得移动终端承载大量的三维场景数据资源，因此对硬件的要求会比较高。为保证三维场景可以在移动端上流畅运行，需研究和实现一种智能的数据加载技术。

当AR图像识别完毕后，三维引擎会根据呈现视角的距离，自动计算三维渲染数据，采用分布式加载方式，由近到远的顺序呈现三维内容。引擎将远处场景进行二次处理，降低模型精度和贴图质量，让高质量的图像始终面向用户最前端，以此来优化提升渲染效率。同时三维引擎还应具备场景卸载功能，即在切换新场景时应对前一三维场景数据进行卸载，并完成初始化，确保最流畅的用户体验。

2.1.2  高效的渲染内核

3D交互技术采用先进的软件系统架构对复杂的三维空间进行概括，直观地勾勒出丰富的立体画面。三维图形技术除了架构灵活、支持跨平台等特性外，该技术也对三维图形的渲染效果做了长期、深入的研究。从早期的固定管线渲染，到最新的基于GPU的可编程管线Shader渲染。该技术始终与当前三维图形的画质保持最前沿的联系，不断推出易于使用、可再编辑的各种三维图形效果，提供了多种效果，如特效类的材质，如后期类特效，如气体、液体类物资等。采用先进的渲染架构和强大的材质系统，将硬件能力发挥到极致，可满足虚拟仿真等高画质要求。

2.2  技术创新点

吸收先进的安全生产管理理念，通过利用AR技術、SLAM技术、3D交互技术等前沿科技手段，构建基于岗位职责划分的智慧物流作业标准可视化平台，不仅让新入职员工通过可交互的学习方式迅速掌握生产中需要的技能和故障处理方式，还可以协助老员工发现工作中可能出现的问题并及时改进，从而保证现场作业的科学性和规范性。

3  建设思路及重点

3.1  建设思路

针对重要作业环节及岗位的操作，形成可交互的统一标准规范。通过图文、动画模拟、操作模拟等形式帮助生产作业人员了解相关知识，将被动接受转化成主动操作，强化学习效果，降低培训成本。

3.2  建设重点

3.2.1  三维动画模拟

建设仓储、分拣、配送、设备、车辆等作业环境三维模型，并为其制作场景及人物骨骼动画，真实还原作业标准化流程，全方位立体展示和讲解作业过程中的注意事项等内容，帮助作业人员快速掌握作业标准化规范要求。构建物流作业标准三维动画，细致描述不同环节和流程下动作规范，让学习更加具象，同时三维动画以其形象直观、表现力丰富的特点不仅可以激活作业人员的学习兴趣，而且还可以帮助作业人员更好的理解纸质文件中的知识。

3.2.2  富媒体交互集成重要信息提醒窗口，在学习培训过程中，对于难以理解或不易表述清楚的重要环节加入了图文交互，通过点击UI按钮或交互热点便可以快速获取相关信息，以图文或视频等富媒体形式进行展示。方便作业人员对知识点的归纳与总结。如图1所示。

3.2.3  操作模拟

智慧物流作业标准可视化平台不仅可以演示标准化作业流程，还具备自由操作模式，对知识点巩固和考核。在这种模式下，作业流程动画将可划分成多个步骤，由使用者进行自由选择操作顺序，一旦操作有误，界面将会高亮闪烁，并弹出提示错误。这种学习方式可以有效的提高使用者的学习兴趣，打破了以往被动接受的传统教学模式，更好地巩固知识要点，达到快速提高作业人员实际操作技能和标准化作业水平的目的。如图2所示。

4  关键技术与应用

4.1  AR技术

AR技术作为近几年非常热门的研究领域，已经得到广泛应用。其原理简单来讲，就是将虚拟物体通过利用摄像头或传感器叠加到真实的空间内，让用户可以进行交互操作，切实身临其境的体验感。

基于AR技术的智慧物流作业标准可视化平台，将不同的作业标准化规范分别设定为唯一图像，进行渲染绑定，通过使用移动终端APP采集真实场景中的对应图像，对其进行分析和重构，以实现三维虚拟场景与真实场景的叠加融合。将可交互内容呈现在屏幕上。

4.2  SLAM技术

即时定位与地图构建（Simultaneous Localization And Map-ping，SLAM）技术至今已发展了已经30多年的时间，其应用领域非常广泛，如VR/AR领域、无人机领域、无人驾驶领域、机器人领域等。而本文重点研究的便是在SLAM技术在AR领域中的应用。根据SLAM技术获取摄像头当前视角下对三维虚拟场景的叠加渲染，这种相对完美的技术手段会让虚实结合更加真实。

智慧物流作业标准可视化平台基于对SLAM的开发和应用，为用户提供了一种新的AR交互方式，不需要标记和初始化操作便可在环境中放置三维模型。将作业标准可视化AR虚拟内容放置在环境中，算法自动检测周围特征点，AR虚拟内容会根据特征点贴合跟踪在物体表面并持续跟踪。纹理越丰富，跟踪越稳定。实现AR虚拟内容自动贴合跟踪真实物体表面，贴合环境表面运动，使虚拟物体与真实物体完美匹配，带来更强的真实融合感。

4.3  3D交互技术

3D交互技术是三维软件应用的基础技术，该技术可实现众多基于3D的互联网/移动互联网的三维呈现与交互方式，在实现物流作业标准可视化互动中，创建独特的三维场景模型、三维物品模型、三维特效、三维互动热点、图文影音介绍、三维原理仿真等内容，创建成独立支持三维可视化互动的数据库，保障数字化服务，以高体验的三维视觉形式体现。

3D引擎作为实现3D交互的一种底层核心开发工具，有着为用户创建三维虚拟场景的能力，并且引擎以C#的形式为编辑器和三维虚拟场景创建拖放式的脚本，用于API关联与三维对象的驱动。支持Windows高级图形API，包括DirectX 3D和OpenGL，对于DirectX的版本可以良好的支持到12，OpenGL的版本可以支持到4.0，充分发挥硬件性能达到逼真的渲染效果。同时3D引擎支持三维场景的纹理压缩、Mipmap和分辨率设置，并提供对凹凸映射、反射映射、视差映射、屏幕空间环境遮挡（SSAO）以及使用阴影映射的动态阴影功能。支持使用创建自定义顶点、Shader和CG级的表面着色器。

5  结  论

经过多年的实践和发展，AR、SLAM、3D交互技术已经日渐成熟，目前在工业领域已经得到广泛应用。这几种创新性技术手段的结合应用可以有效地解決传统作业标准化规范文字资料不够形象直观，无法阐述复杂操作和常见错误的问题。本文充分考虑烟草物流现有SOP资源的统一收集、整理，采用先进的软件平台架构，利用图文、可交互式三维动画将各岗位人员作业标准进行模拟演示，构建基于AR的智慧物流作业标准可视化平台，实现不同岗位的作业人员随时随地学习和掌握物流作业标准化规范，达到强化安全生产意识的目标。

参考文献：

[1] 贾京山，鹿秀风，闫胜利.浅谈带电作业培训中三维仿真技术的应用 [J].科技致富向导，2012（33）：58.

[2] 向迪明.基于互联网+的烟草物流服务标准体系构建 [J].时代金融，2017（27）：245-246.

[3] 丁文红，张书伟，王海军，等.交互式三维作业指导书制作平台的设计与应用 [J].内蒙古电力技术，2016，34（6）：69-73+77.

作者简介：黄建平（1974.03—），男，汉族，贵州大方人，工程师，工商管理硕士，研究方向：物流规划设计、物流技术应用。