自2015年“中國(guó)制造2025”正式實(shí)施以來(lái)，國(guó)內(nèi)的制造業(yè)開(kāi)始加大信息化建設(shè)力度，而科技技術(shù)作為第一生產(chǎn)力，在推動(dòng)中國(guó)制造立足于世界一流行列具有決定性的作用。這幾年來(lái)，作為信息化技術(shù)之一的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)出巨大的潛力，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高度信息化的價(jià)值也逐漸顯示出來(lái)。
VR/AR技術(shù)正在改變制造業(yè)的面貌。VR/AR正在迅速成為車間工人、技術(shù)服務(wù)人員和工程師的全新用戶界面。高盛曾有報(bào)告顯示，到2025年工業(yè)領(lǐng)域的VR/AR市場(chǎng)預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到47億美元。而視頻游戲和醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域?qū)?huì)更高。
2018世界VR產(chǎn)業(yè)大會(huì)期間，工業(yè)和信息化部電子信息司副司長(zhǎng)吳勝武也曾表示：“VR將成為重要的生產(chǎn)工具，極大提高生產(chǎn)效率。VR能夠顯著提升產(chǎn)品研發(fā)的能力和生產(chǎn)效率。國(guó)內(nèi)外的很多企業(yè)已經(jīng)在借助VR為用戶提供輔導(dǎo)服務(wù)解惑服務(wù)，在提升售后服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)大大節(jié)約了成本。”。
本文將從5個(gè)方面闡述，論證使用VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì);并提供那些已經(jīng)在探索如何使用VR技術(shù)去增強(qiáng)制造水平的公司或者研究機(jī)構(gòu)的真實(shí)案例。
你準(zhǔn)備好面對(duì)虛擬技術(shù)革命的到來(lái)嗎?
工廠規(guī)劃
設(shè)計(jì)新產(chǎn)品生產(chǎn)線的布局是一項(xiàng)非常密集復(fù)雜的工作，它需要工程師同時(shí)去平衡非常多的因素。它涉及每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行節(jié)拍，以及設(shè)備的維修、工具存儲(chǔ)等方面的空間大小要求。規(guī)劃階段的任何一個(gè)關(guān)鍵因素的失誤，都可能導(dǎo)致該生產(chǎn)線效率低下，難以補(bǔ)救。
生產(chǎn)線的規(guī)劃是一項(xiàng)合作努力的結(jié)果，它涉及多個(gè)部門的協(xié)同完成包括工程建設(shè)、控制系統(tǒng)及子系統(tǒng)的規(guī)劃等工作。使用VR技術(shù)能夠從整體上建立工廠模型，幫助他們避免很多問(wèn)題。不僅能夠?qū)φw布局進(jìn)行仿真，而且能對(duì)工廠內(nèi)部發(fā)生的所有生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行模擬。
優(yōu)勢(shì)：
1.建立統(tǒng)一的虛擬空間能夠簡(jiǎn)化各個(gè)設(shè)計(jì)部門之間的溝通合作;
2.允許設(shè)計(jì)人員從不同視角去評(píng)估工程設(shè)施之間的相互作用;
3.更加方便的識(shí)別潛在的可維修性以及人體工學(xué)方面的問(wèn)題;
4.允許仿真日常的車間活動(dòng)從而識(shí)別潛在的故障問(wèn)題;
5.可以使那些不懂CAD的技術(shù)人員直觀的對(duì)CAD模型進(jìn)行評(píng)估。
案例：
1.友嘉實(shí)業(yè)集團(tuán)為其機(jī)床客戶利用VR技術(shù)去模擬車間及產(chǎn)品線布局的合理性;
2.制造研究人員測(cè)試了一種洞穴自動(dòng)化虛擬環(huán)境(CAVE)實(shí)現(xiàn)了新的制造單元遠(yuǎn)程協(xié)作安裝;
3.蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和查爾默斯科技大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一套VR系統(tǒng)用于在虛擬工廠中進(jìn)行真實(shí)行走，從而可以進(jìn)行方法——時(shí)間的測(cè)量(預(yù)定動(dòng)作時(shí)間系統(tǒng))
自動(dòng)化
VR技術(shù)提供了全新的用于執(zhí)行、監(jiān)控以及同工業(yè)機(jī)器人協(xié)作的方法。在工廠規(guī)劃階段，VR技術(shù)能夠?qū)I(yè)自動(dòng)化單元應(yīng)用之前進(jìn)行可視化，使得用戶能夠在安裝之前對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃。
用戶能夠在VR環(huán)境通過(guò)輸入動(dòng)作軌跡在虛擬演示狀態(tài)直接的對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行操作。他們能夠以機(jī)械手的視角通過(guò)環(huán)境傳感器的輔助執(zhí)行對(duì)應(yīng)項(xiàng)目。
優(yōu)勢(shì)：
1.能夠在虛擬車間中對(duì)自動(dòng)化單元進(jìn)行規(guī)劃;
2.允許程序設(shè)計(jì)人員離線運(yùn)行虛擬機(jī)械手查找錯(cuò)誤;
3.通過(guò)在虛擬環(huán)境中的親身體驗(yàn)減少風(fēng)險(xiǎn);
4.為程序設(shè)計(jì)人員提供機(jī)械手的視角去查看整個(gè)車間環(huán)境
5.能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)操作人員協(xié)同控制單個(gè)機(jī)械手
案例：
1.約翰霍普金斯大學(xué)計(jì)算感應(yīng)和機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一套使用VR虛擬界面對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行操縱和交互的系統(tǒng);
2.普渡大學(xué)的研究人員利用VR技術(shù)去研究工業(yè)機(jī)器人的安全空閑時(shí)間以及可達(dá)行程范圍;
3.來(lái)自沙特阿拉伯國(guó)王大學(xué)的研究人員基于半實(shí)物虛擬機(jī)器人單元的布局設(shè)計(jì)了一款焊接機(jī)器人單元。
裝配
在很多方面，VR技術(shù)代表著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的自然演化。VR的優(yōu)勢(shì)在于提供了新的方式來(lái)觀察產(chǎn)品及其生產(chǎn)制造過(guò)程。VR裝配技術(shù)能夠在不需要產(chǎn)品實(shí)際原型的情況下，通過(guò)輔助可視化技術(shù)幫助工程師對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)做決策。
VR技術(shù)也能在最后開(kāi)展實(shí)施工作之前，用來(lái)有效地研究人工裝配中的瓶頸問(wèn)題和潛在的人機(jī)工學(xué)問(wèn)題。
VR技術(shù)也是一個(gè)非常有效地培訓(xùn)工具，特別是在裝配方面的應(yīng)用。
優(yōu)勢(shì)：
1.能夠讓設(shè)計(jì)人員看到從開(kāi)始到結(jié)束整個(gè)裝配過(guò)程;
2.允許設(shè)計(jì)人員在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證設(shè)計(jì)決策;
3.能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)地項(xiàng)目分析和過(guò)程籌劃;
4.允許從開(kāi)始到結(jié)束的整個(gè)裝配過(guò)程進(jìn)行人機(jī)工學(xué)的評(píng)估;
5.通過(guò)連接CAD系統(tǒng)，提供一種全新的對(duì)過(guò)程信息可視化的方式。
案例：
1.福特汽車?yán)肰R技術(shù)來(lái)驗(yàn)證汽車裝配過(guò)程，使得整個(gè)生產(chǎn)線故障降低70%;
2.來(lái)自諾丁漢大學(xué)的李強(qiáng)發(fā)布了一套用于增強(qiáng)夾具設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程的VR系統(tǒng);
3.來(lái)自沙特阿拉伯國(guó)王大學(xué)的的研究人員利用VR技術(shù)對(duì)球形閥和汽車車門的裝配進(jìn)行仿真從而補(bǔ)充對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM環(huán)境。
培訓(xùn)
VR技術(shù)提供了一種全新的傳授員工制造技術(shù)的方式。一些技術(shù)通過(guò)親身的接觸比通過(guò)講座或者文本材料的學(xué)習(xí)能獲得更好的效果。
試想如果通過(guò)閱讀手冊(cè)來(lái)學(xué)習(xí)如何裝配一架噴氣式飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然實(shí)踐培訓(xùn)學(xué)習(xí)不一定總是實(shí)際可行，特別是當(dāng)你需要培訓(xùn)非常多的員工時(shí)你可能需要一個(gè)大面積的培訓(xùn)場(chǎng)地。VR技術(shù)則能夠幫助消除這些問(wèn)題，它在一個(gè)虛擬的空間里提供實(shí)踐教學(xué)。
優(yōu)勢(shì)：
1.允許受訓(xùn)人員熟悉整個(gè)車間的布局和設(shè)備操作;
2.允許每一個(gè)學(xué)員都有一臺(tái)屬于他們自己的設(shè)備參與培訓(xùn);
3.能夠確保那些在實(shí)際中危險(xiǎn)的作業(yè)場(chǎng)景在安全條件下進(jìn)行培訓(xùn);
4.培訓(xùn)老師能夠清晰地看到學(xué)員的學(xué)習(xí)情況并對(duì)學(xué)員的需求進(jìn)行定制化的培訓(xùn);
5.學(xué)員的表現(xiàn)能夠被保存下來(lái)進(jìn)行評(píng)估分析，有利于提升和完善未來(lái)的培訓(xùn)計(jì)劃。
案例：
1.惠普發(fā)動(dòng)機(jī)公司利用VR技術(shù)培訓(xùn)接觸新戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工程師從而避免那些昂貴發(fā)動(dòng)機(jī)部件被損壞的風(fēng)險(xiǎn);
2.道達(dá)爾利用VR技術(shù)對(duì)正在建設(shè)中的帕斯弗洛爾石油鉆井平臺(tái)的工人進(jìn)行培訓(xùn);
3.奧地利的伏能士國(guó)際開(kāi)發(fā)了一套用于培訓(xùn)焊接學(xué)徒的VR系統(tǒng)，它能夠記錄學(xué)徒們的焊接質(zhì)量和過(guò)程從而有利于焊接模擬之后的檢查。
檢修
雖然維修作業(yè)可能利用AR會(huì)比VR更好，但是VR在維修性應(yīng)用方面仍然有一些獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。比如在規(guī)劃一個(gè)新產(chǎn)品或者整條生產(chǎn)線的維修計(jì)劃方面。在培訓(xùn)方面，VR為維修人員在新設(shè)備尚未安裝之前提供熟悉新設(shè)備的機(jī)會(huì)。
此外，為了確保在維修過(guò)程能夠及時(shí)的開(kāi)展而盡可能少的破壞其它環(huán)節(jié)操作，廠商們可以在虛擬車間開(kāi)展仿真維修作業(yè)，從總體上評(píng)估不同策略對(duì)生產(chǎn)的影響。
優(yōu)勢(shì)：
1.允許員工從總體上把握維修作業(yè)對(duì)設(shè)備的影響;
2.在新設(shè)備安裝之前可以對(duì)不同維修安裝策略進(jìn)行試驗(yàn);
3.容易識(shí)別在可維護(hù)性以及人機(jī)工學(xué)方面的問(wèn)題;
4.提供觀察設(shè)備的獨(dú)特視角，而這個(gè)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn);
5.能夠進(jìn)行無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)和差錯(cuò)，這些在實(shí)際維修作業(yè)中卻是潛在的危險(xiǎn)
案例：
1.Aerosim的虛擬維修培訓(xùn)系統(tǒng)已經(jīng)被巴西天馬航空用于教授系統(tǒng)操作、故障排查、故障隔離以及回訪服務(wù);
2.一組VR研究人員已經(jīng)證明在輔助動(dòng)力裝置電動(dòng)起動(dòng)機(jī)上開(kāi)展虛擬維修能夠幫助裝置設(shè)計(jì)人員預(yù)測(cè)實(shí)際的維修時(shí)間。
3.德國(guó)汽車制造商保時(shí)捷曾宣布，它計(jì)劃向其全美189家經(jīng)銷商和服務(wù)中心提供AR技術(shù)和設(shè)備，以幫助工程師們更好的解決日益復(fù)雜的汽車維修難題。
