虛擬現(xiàn)實：未來數(shù)字化工廠新趨勢

虛擬現(xiàn)實：未來數(shù)字化工廠新趨勢

·熱點關(guān)注·

數(shù)字世界在物理世界的重新凝實，將成為第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也將在這個領(lǐng)域發(fā)揮非常關(guān)鍵的作用。然而，雖然中國VR市場熱度持續(xù)高漲，但在技術(shù)和產(chǎn)品內(nèi)容上都還存在很大的缺陷。VR的市場教育和渠道體系還比較初級，聽說過VR的人很多，見過的很少，體驗過的人就更少了。那么虛擬現(xiàn)實行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢到底如何?它對于數(shù)字化工廠未來工業(yè)的發(fā)展又會有哪些影響呢?

VR/AR是什么

VR（Virtual Reality）， 虛擬現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

AR（Augmented Reality），增強現(xiàn)實。增強現(xiàn)實技術(shù)通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，“在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界，并進(jìn)行互動”。

對于兩者的區(qū)別，簡單來說，通過VR可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而AR讓體驗著跟虛擬世界產(chǎn)生互動。

VR/AR“醫(yī)治”工廠“痛點”

虛擬現(xiàn)實技術(shù)雖然已在消費品市場比較火熱，但這項技術(shù)在數(shù)字化工廠的應(yīng)用前景會更加廣闊，因為它將“醫(yī)治”目前制造業(yè)工廠中的三個“痛點”。

第一，成本問題。制造業(yè)的成本高是多方面的，而且不同的行業(yè)問題也不一樣，但是有一點比較普遍的就是用工成本的上升。一方面工人的工資水平在提高，另外一方面，由于新生代的權(quán)利意識覺醒，很多工廠每年要有很高比例人員變動。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將成為這個問題的重要解決方案。使用VR和AR技術(shù)，可以在眼睛屏幕上直接顯示操作指令與說明圖片，可讓員工隨時查詢和執(zhí)行作業(yè)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與數(shù)字化工廠結(jié)合之后，一個新人也能隨時調(diào)用每臺設(shè)備的參數(shù)和互動式的操作手冊，這會大大降低勞動成本。在數(shù)字化工廠應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)之后，企業(yè)培訓(xùn)的目標(biāo)不再是讓工人掌握某種技能，而是如何使用這些高效的數(shù)字化工具，如何有效地進(jìn)行人機互動。這個門檻遠(yuǎn)比設(shè)備操作要低得多，而且隨著VR技術(shù)的發(fā)展，交互性會越來越友好，學(xué)習(xí)成本也會越來越低。

第二，效率問題。效率問題可以舉例說明。在沒有建立虛擬城市地圖之前，打車需要有經(jīng)驗的司機，因為需要問路、預(yù)測什么時間到，遇到堵車需要憑運氣和司機的經(jīng)驗。而當(dāng)建立了一個虛擬的城市模型以后，在虛擬地圖上可以設(shè)置起點和終點，可以對路線進(jìn)行優(yōu)化以選擇最優(yōu)路徑，虛擬的導(dǎo)航地圖可以和真實的行車數(shù)據(jù)進(jìn)行互動，可以實時糾偏，而且多次往返以后地圖數(shù)據(jù)會反饋回一個優(yōu)化的線路。虛擬模型和真實模型形成雙向數(shù)據(jù)流，不斷地迭代、優(yōu)化，實現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)模型。這就是集成虛擬世界和現(xiàn)實世界，把虛實結(jié)合在一起，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。AR技術(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場情況通過算法得出運行最快、步驟最少的解決方案。以菜鳥物流為例，揀貨員從快遞箱中取出需要配貨的訂單，運用AR眼鏡掃描訂單上的二維碼后，就可從眼鏡鏡片屏幕中看到該訂單包含的詳細(xì)商品信息。然后揀貨員精確地從面前貨架上取貨、確認(rèn)、放入快遞箱。貨品的擺放也經(jīng)過了智能算法的優(yōu)化，以保證揀貨員在最短的時間內(nèi)完成一個訂單的貨品分揀。

第三，時效性問題。企業(yè)難免會出現(xiàn)各種問題，而對企業(yè)來說一分鐘的停滯就可能造成成千上萬元的損失。對于擁有外勤人員的企業(yè)，更是存在信息交換不到位、出現(xiàn)故障無法及時解決等問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠縮短問題診斷與修復(fù)的時間，且不再需要另外派遣專家前往遠(yuǎn)端據(jù)點。事故現(xiàn)場任意員工皆可通過AR眼鏡與遠(yuǎn)端專家通過視頻協(xié)作完成任務(wù)，擁有極高的時效性并省下專家飛往現(xiàn)場提供協(xié)助的開銷。遠(yuǎn)端現(xiàn)場的員工可由通信與即時視頻分享讓有經(jīng)驗的員工提供問題診斷及修復(fù)的建議。問題瞬間解決的同時還提高了準(zhǔn)確性。

應(yīng)用舉例

新時代的人機交互則需要顛覆性的方法，可以把它命名為“虛擬工程”，虛擬現(xiàn)實技術(shù)只是虛擬工程的工具。它最大的價值在于，從此人類不用再去學(xué)習(xí)如何更好地使用機器，而是機器反過來學(xué)習(xí)如何更好地服務(wù)于人類。從幾個例子可以獲得一些認(rèn)知。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)——西門子

西門子在波音和卡特彼勒一直有一個叫“Cave”的項目，它是一個混合虛擬和現(xiàn)實物理環(huán)境的服務(wù)，從產(chǎn)品的初始開發(fā)就基于虛擬環(huán)境來進(jìn)行，而后在產(chǎn)品生命周期中建立虛擬實物模型，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行交互式的靈活性評估，最后再研究客戶對于不同型號產(chǎn)品的情感反饋以及在沉浸環(huán)境中創(chuàng)建學(xué)習(xí)的新形式。在Cave制造的環(huán)境里，現(xiàn)實物體的圖像和物理設(shè)置會被投影到真實的墻壁上，使用者通過佩戴傳感器可以體驗墻上圖像形成的虛擬環(huán)境。Cave的基本配置有：三面投影墻、地面投影地板、墻壁跟蹤傳感器，利用三面墻壁形成立體音響。三面墻壁和地面投影加強3D環(huán)境感和立體音效，Cave墻壁上有跟蹤傳感器捕捉使用者在房間內(nèi)的動作，專用的眼鏡根據(jù)捕捉到的動作形成圖像。戴上眼鏡，就感覺進(jìn)入了“墻內(nèi)的世界”。

飛機制造行業(yè)——波音、空客

早在上世紀(jì)90年代初，美國波音公司的計算機服務(wù)研究和技術(shù)組就已經(jīng)將AR技術(shù)應(yīng)用于飛機制造中的電力線纜的連接和接線器的裝配中。在AR系統(tǒng)的幫助下，一個從未受過任何訓(xùn)練的工人都可勝任此項工作，從而縮短員工培訓(xùn)的周期。2003年德國成功研制出用于工業(yè)設(shè)備裝配和維修的Starmate系統(tǒng)和Arvika系統(tǒng)，之后，歐洲航空防務(wù)與航天 公 司 (EADS)利 用Arvika系統(tǒng)，通過語音調(diào)用計算機生成的提示信息，指導(dǎo)工人輕松地完成lm×6m板上的高密度布線工作?？湛凸纠肁rvikx系統(tǒng)進(jìn)行了“干凈水系統(tǒng)的轉(zhuǎn)配”和“配電盤連接”的工作，充分展現(xiàn)了AR技術(shù)在工業(yè)裝配、維修方面的巨大潛力。

汽車制造行業(yè)

當(dāng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到汽車的工業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)當(dāng)中，設(shè)計者可以借助虛擬現(xiàn)實頭盔顯示，在與真實汽車同樣比例的立體空間中，全方位了解每一處設(shè)計細(xì)節(jié)，最大程度上避免設(shè)計和生產(chǎn)失誤，減少人力成本和資源浪費。自2000年以來，福特就開始在汽車設(shè)計過程中以多種方式利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。福特的Immersion Lab實驗室中一些員工戴上虛擬現(xiàn)實頭盔，并模擬觀察一輛汽車，可以通過大屏幕查看他們的體驗，并且在多種不同條件下以虛擬方式去查看汽車，提升駕駛者的人體工程學(xué)體驗等。最近，奧迪推出了一項名為“虛擬裝配線校檢”的技術(shù)，利用3D投射和手勢控制，可以使流水線工人在三維虛擬空間內(nèi)完成對實際產(chǎn)品裝配工作的預(yù)估和校準(zhǔn)，使用者佩戴3D眼鏡進(jìn)入后，便可有身臨其境的感覺。

以后購買房子的客戶不用跑腿看樓盤，可以直接在家走進(jìn)某個建筑里，體驗和比對各樓盤的優(yōu)劣。有了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計師可以走進(jìn)一棟還未建造的建筑里，嘗試不同的設(shè)計選擇，設(shè)計可以更加天馬行空，不用考慮結(jié)構(gòu)，因為它可能不會被建造出來，可以直接放在虛擬空間里讓人們體驗和使用。

（摘編自“智慧工廠”微信號）