VR/AR技术正在改变制造业的面貌

自2015年“中国制造2025”正式实施以来，国内的制造业开始加大信息化建设力度，而科技技术作为第一生产力，在推动中国制造立足于世界一流行列具有决定性的作用。这几年来，作为信息化技术之一的VR虚拟现实技术表现出巨大的潜力，对制造业实现高度信息化的价值也逐渐显示出来。

VR/AR技术正在改变制造业的面貌。VR/AR正在迅速成为车间工人、技术服务人员和工程师的全新用户界面。高盛曾有报告显示，到2025年工业领域的VR/AR市场预计将会达到47亿美元。而视频游戏和医疗服务领域将会更高。

2018世界VR产业大会期间，工业和信息化部电子信息司副司长吴胜武也曾表示：“VR将成为重要的生产工具，极大提高生产效率。VR能够显著提升产品研发的能力和生产效率。国内外的很多企业已经在借助VR为用户提供辅导服务解惑服务，在提升售后服务质量的同时大大节约了成本。”。

本文将从5个方面阐述，论证使用VR技术的优势;并提供那些已经在探索如何使用VR技术去增强制造水平的公司或者研究机构的真实案例。

你准备好面对虚拟技术革命的到来吗？

工厂规划

设计新产品生产线的布局是一项非常密集复杂的工作，它需要工程师同时去平衡非常多的因素。它涉及每台设备的运行节拍，以及设备的维修、工具存储等方面的空间大小要求。规划阶段的任何一个关键因素的失误，都可能导致该生产线效率低下，难以补救。

生产线的规划是一项合作努力的结果，它涉及多个部门的协同完成包括工程建设、控制系统及子系统的规划等工作。使用VR技术能够从整体上建立工厂模型，帮助他们避免很多问题。不仅能够对整体布局进行仿真，而且能对工厂内部发生的所有生产制造过程进行模拟。

优势：

1.建立统一的虚拟空间能够简化各个设计部门之间的沟通合作;

2.允许设计人员从不同视角去评估工程设施之间的相互作用;

3.更加方便的识别潜在的可维修性以及人体工学方面的问题;

4.允许仿真日常的车间活动从而识别潜在的故障问题;

5.可以使那些不懂CAD的技术人员直观的对CAD模型进行评估。

案例：

1.友嘉实业集团为其机床客户利用VR技术去模拟车间及产品线布局的合理性;

2.制造研究人员测试了一种洞穴自动化虚拟环境（CAVE）实现了新的制造单元远程协作安装;

3.苏黎世联邦理工学院和查尔默斯科技大学的研究人员开发了一套VR系统用于在虚拟工厂中进行真实行走，从而可以进行方法——时间的测量（预定动作时间系统）

自动化

VR技术提供了全新的用于执行、监控以及同工业机器人协作的方法。在工厂规划阶段，VR技术能够对工业自动化单元应用之前进行可视化，使得用户能够在安装之前对机器人的运动轨迹进行规划。

用户能够在VR环境通过输入动作轨迹在虚拟演示状态直接的对工业机器人进行操作。他们能够以机械手的视角通过环境传感器的辅助执行对应项目。

优势：

1.能够在虚拟车间中对自动化单元进行规划;

2.允许程序设计人员离线运行虚拟机械手查找错误;

3.通过在虚拟环境中的亲身体验减少风险;

4.为程序设计人员提供机械手的视角去查看整个车间环境

5.能够实现多个操作人员协同控制单个机械手

案例：

1.约翰霍普金斯大学计算感应和机器人实验室开发了一套使用VR虚拟界面对工业机器人进行操纵和交互的系统;

2.普渡大学的研究人员利用VR技术去研究工业机器人的安全空闲时间以及可达行程范围;

3.来自沙特阿拉伯国王大学的研究人员基于半实物虚拟机器人单元的布局设计了一款焊接机器人单元。

装配

在很多方面，VR技术代表着计算机辅助设计技术的自然演化。VR的优势在于提供了新的方式来观察产品及其生产制造过程。VR装配技术能够在不需要产品实际原型的情况下，通过辅助可视化技术帮助工程师对产品的设计做决策。

VR技术也能在最后开展实施工作之前，用来有效地研究人工装配中的瓶颈问题和潜在的人机工学问题。

VR技术也是一个非常有效地培训工具，特别是在装配方面的应用。

优势：

1.能够让设计人员看到从开始到结束整个装配过程;

2.允许设计人员在虚拟环境中验证设计决策;

3.能够实现自动地项目分析和过程筹划;

4.允许从开始到结束的整个装配过程进行人机工学的评估;

5.通过连接CAD系统，提供一种全新的对过程信息可视化的方式。

案例：

1.福特汽车利用VR技术来验证汽车装配过程，使得整个生产线故障降低70%;

2.来自诺丁汉大学的李强发布了一套用于增强夹具设计和装配过程的VR系统;

3.来自沙特阿拉伯国王大学的的研究人员利用VR技术对球形阀和汽车车门的装配进行仿真从而补充对应标准的CAD/CAM环境。

培训

VR技术提供了一种全新的传授员工制造技术的方式。一些技术通过亲身的接触比通过讲座或者文本材料的学习能获得更好的效果。

试想如果通过阅读手册来学习如何装配一架喷气式飞机的发动机。当然实践培训学习不一定总是实际可行，特别是当你需要培训非常多的员工时你可能需要一个大面积的培训场地。VR技术则能够帮助消除这些问题，它在一个虚拟的空间里提供实践教学。

优势：

1.允许受训人员熟悉整个车间的布局和设备操作;

2.允许每一个学员都有一台属于他们自己的设备参与培训;

3.能够确保那些在实际中危险的作业场景在安全条件下进行培训;

4.培训老师能够清晰地看到学员的学习情况并对学员的需求进行定制化的培训;

5.学员的表现能够被保存下来进行评估分析，有利于提升和完善未来的培训计划。

案例：

1.惠普发动机公司利用VR技术培训接触新战斗机发动机的工程师从而避免那些昂贵发动机部件被损坏的风险;

2.道达尔利用VR技术对正在建设中的帕斯弗洛尔石油钻井平台的工人进行培训;

3.奥地利的伏能士国际开发了一套用于培训焊接学徒的VR系统，它能够记录学徒们的焊接质量和过程从而有利于焊接模拟之后的检查。

检修

虽然维修作业可能利用AR会比VR更好，但是VR在维修性应用方面仍然有一些独到的优势。比如在规划一个新产品或者整条生产线的维修计划方面。在培训方面，VR为维修人员在新设备尚未安装之前提供熟悉新设备的机会。

此外，为了确保在维修过程能够及时的开展而尽可能少的破坏其它环节操作，厂商们可以在虚拟车间开展仿真维修作业，从总体上评估不同策略对生产的影响。

优势：

1.允许员工从总体上把握维修作业对设备的影响;

2.在新设备安装之前可以对不同维修安装策略进行试验;

3.容易识别在可维护性以及人机工学方面的问题;

4.提供观察设备的独特视角，而这个在现实环境中难以实现;

5.能够进行无风险的试验和差错，这些在实际维修作业中却是潜在的危险

案例：

1.Aerosim的虚拟维修培训系统已经被巴西天马航空用于教授系统操作、故障排查、故障隔离以及回访服务;

2.一组VR研究人员已经证明在辅助动力装置电动起动机上开展虚拟维修能够帮助装置设计人员预测实际的维修时间。

3.德国汽车制造商保时捷曾宣布，它计划向其全美189家经销商和服务中心提供AR技术和设备，以帮助工程师们更好的解决日益复杂的汽车维修难题。