基于VR技術(shù)的汽車自動(dòng)化生產(chǎn)平臺(tái)建設(shè)方案

文/張磊

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，我們開始進(jìn)入到信息告訴發(fā)展的時(shí)代，在這種時(shí)代背景下，設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)能夠?yàn)楫a(chǎn)品生產(chǎn)提供大量幫助，起到降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量等作用。當(dāng)前，我國(guó)汽車行業(yè)已處于一種初步發(fā)展的階段，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)在汽車行業(yè)領(lǐng)域的科技水平也不斷提高，因此，在科技水平的帶動(dòng)下，汽車行業(yè)高速發(fā)展，迅速形成了基于CAD，CAM等技術(shù)的三維建模，工程化生產(chǎn)以及性能仿真分析等體系架構(gòu)，然而，如何向大眾直觀的展示關(guān)于汽車的生產(chǎn)流程與效果，并且為產(chǎn)品的生產(chǎn)改進(jìn)提供戰(zhàn)略性建議，不僅需要改進(jìn)汽車原有的生產(chǎn)技術(shù)，增強(qiáng)汽車的生產(chǎn)科技水平，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量等措施，還需要我們加大對(duì)于汽車生產(chǎn)技術(shù)的研究，利用科技，進(jìn)一步分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)榻鉀Q這一問題提供重要的方法與途徑，虛擬現(xiàn)實(shí)是涉及傳感測(cè)量，系統(tǒng)仿真，多媒體，可視化人工智能，圖像等多種技術(shù)。近年來(lái)，隨著我國(guó)的科技總體水平不斷提升，因此促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)，為快速發(fā)展的信息技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)，以及VR技術(shù)的大規(guī)模使用，我們可以利用VR技術(shù)提供的手勢(shì)識(shí)別等設(shè)備，以及關(guān)于人體等生物聲音，觸覺，視覺的反饋系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)對(duì)象和生產(chǎn)者的感知交互，使申請(qǐng)者沉浸在現(xiàn)場(chǎng)方式感知的目的，從而讓申請(qǐng)者切身的感受到現(xiàn)實(shí)的舒適與體驗(yàn)后，再令其對(duì)產(chǎn)品的體驗(yàn)和生產(chǎn)效果進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，因此這種具有體驗(yàn)感覺的評(píng)價(jià)具有一定的真實(shí)性與感知力，可以當(dāng)做對(duì)該汽車產(chǎn)品的使用參考，對(duì)汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)與開發(fā)都具有一定的積極作用，同時(shí)也起到了促進(jìn)作用。在本課題的研究中，我們將針對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展對(duì)于市場(chǎng)的需求進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查，根據(jù)相關(guān)的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行研究探討，并提出面向汽車產(chǎn)品開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)服務(wù)平臺(tái)，該服務(wù)平臺(tái)能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員進(jìn)行感知評(píng)價(jià)以及成品驗(yàn)證，并且可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)行可視化服務(wù)。

1 系統(tǒng)的總體功能

該系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次環(huán)境，第一個(gè)層次環(huán)境是環(huán)境層，環(huán)境層作為整個(gè)平臺(tái)的支持環(huán)境，它包括了開發(fā)與應(yīng)用支持環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境，即Web環(huán)境，同時(shí)Web環(huán)境是由內(nèi)、外兩個(gè)環(huán)境共同構(gòu)成的，并且Web環(huán)境的網(wǎng)速較快，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)瀏覽速度準(zhǔn)備1M以上的帶寬，為更多的人帶來(lái)極速上網(wǎng)速度的體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)與應(yīng)用環(huán)境有專用的VR設(shè)備建模，以及開發(fā)支撐創(chuàng)軟件共同構(gòu)成。在應(yīng)用工作層上，VR設(shè)備建模是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)部平臺(tái)的重要核心，決定著整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)行工作，VR設(shè)備建模主要針對(duì)汽車生產(chǎn)需求開發(fā)需要等方面，建立了四個(gè)VR供給系統(tǒng)，這四個(gè)系統(tǒng)具體包括：汽車配置DIY虛擬體驗(yàn)，虛擬駕駛，支持360°車展系統(tǒng)，數(shù)字系汽車產(chǎn)業(yè)園系統(tǒng)，并且這個(gè)四個(gè)VR供給系統(tǒng)還能夠與VR支持環(huán)境共同作為汽車產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)提供服務(wù)支持。而服務(wù)層則是該服務(wù)平臺(tái)的主要活動(dòng)場(chǎng)，在支持環(huán)境以及VR應(yīng)用工具的支持下，服務(wù)層能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供重要的生產(chǎn)體驗(yàn)，同時(shí)也可以為工業(yè)生產(chǎn)提供決策上的支持，以及向大家展示等具體服務(wù)，服務(wù)層存在的作用是在于改善汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)，提高汽車產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量，能夠讓生產(chǎn)出來(lái)的汽車更好的應(yīng)用于服務(wù)，VR系統(tǒng)涵蓋汽車產(chǎn)品生產(chǎn)的多個(gè)環(huán)節(jié)，因此，VR系統(tǒng)為工業(yè)園區(qū)汽車行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略提供重要的決策依據(jù)。

2 VR系統(tǒng)的開發(fā)和利用環(huán)境

從VR系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用環(huán)境上來(lái)看，VR系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，這個(gè)兩個(gè)部分分別是VR技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)和VR應(yīng)用服務(wù)的開發(fā)環(huán)境，具體來(lái)講，VR技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)環(huán)境中主要包括：?jiǎn)瓮ǖ榔矫姹惩妒剑鲃?dòng)立體虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是由VR投影顯示，圖形生成，人機(jī)交互，輔助外設(shè)系統(tǒng)功能共同構(gòu)成的，因此VR技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)是屬于一個(gè)小型技術(shù)實(shí)驗(yàn)以及研究的開發(fā)運(yùn)行環(huán)境。而從應(yīng)用和開發(fā)環(huán)境上來(lái)看，VR技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)是一種雙通道，平面背投式主動(dòng)立體虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，由圖形工作站，集群系統(tǒng)，人機(jī)交互，輔助外設(shè)以及投影顯示系統(tǒng)共同構(gòu)成，同時(shí)VR技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)還具有工具軟件系統(tǒng)。因此VR系統(tǒng)的存在能夠?yàn)橛脩籼峁└叨瘸两械奶摂M環(huán)境，用于汽車整車較大的工業(yè)產(chǎn)品可視化展示，生產(chǎn)性能分析以及虛擬裝配維護(hù)，模擬駕駛等功能。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)服務(wù)平臺(tái)的工具系統(tǒng)

當(dāng)前，在面向汽車生產(chǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)時(shí)，可以從虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的應(yīng)用工具上劃分為四個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，第一種體應(yīng)用系統(tǒng)就是汽車配置DIY體驗(yàn)系統(tǒng)，汽車配置DIY體驗(yàn)系統(tǒng)能夠應(yīng)用于支持汽車的生產(chǎn)人員根據(jù)客戶的實(shí)際需求調(diào)控，從而進(jìn)行個(gè)性化的配置，其中包括輪胎，座椅，內(nèi)飾等、或者進(jìn)行顏色更改等，并且汽車配置DIY體驗(yàn)系統(tǒng)還能夠充分利用沉浸式的虛擬環(huán)境來(lái)展示汽車的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，性能評(píng)估以及驗(yàn)證效果，能夠讓客戶體驗(yàn)產(chǎn)品的性能驗(yàn)證配置生產(chǎn)的DIY效果。第二種應(yīng)用系統(tǒng)是汽車虛擬駕駛支持系統(tǒng)，這種汽車虛擬駕駛支持系統(tǒng)是基于VR技術(shù)的新駕駛系統(tǒng)，它可以采用半實(shí)物仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，汽車模擬駕駛是指針對(duì)不同型號(hào)的汽車產(chǎn)品，駕駛模擬對(duì)象以及變形的路況，外觀環(huán)境，生產(chǎn)人員都可以駕駛虛擬汽車在道路上行駛，體驗(yàn)者能夠利用高度的沉浸感來(lái)評(píng)判和體驗(yàn)駕駛的行為，具有強(qiáng)烈的代入感，從而根據(jù)虛擬的真實(shí)體驗(yàn)來(lái)思考汽車的相關(guān)性能，并且可以根據(jù)不同的路況和視野，從產(chǎn)品生產(chǎn)階段基于數(shù)字化來(lái)實(shí)現(xiàn)可駕駛性地評(píng)估，因此汽車虛擬駕駛支持系統(tǒng)將為產(chǎn)品生產(chǎn)的定型提供重要且寶貴的意見。360°虛擬車站以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及VR技術(shù)的全景虛擬現(xiàn)實(shí)車展系統(tǒng)，能夠以滾動(dòng)式來(lái)展示汽車配件產(chǎn)品，將車展轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)上，利用鼠標(biāo)客戶可從不同角度瀏覽車展，包括產(chǎn)品的圖像VR模型。利用這種虛擬車展可以為車輛銷售提供重要的輔助手段，從一定程度上極大的降低了銷售成本，為其汽車和配件的可銷售性提供了支持。數(shù)字汽車產(chǎn)業(yè)園，基于VR技術(shù)以及GIS技術(shù)的數(shù)字汽車產(chǎn)業(yè)園系統(tǒng)針對(duì)二三維地圖，實(shí)體模型以及多種景觀模型，進(jìn)而構(gòu)建數(shù)字化的汽車產(chǎn)業(yè)園。與前面的虛擬駕駛系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，能夠由相應(yīng)的規(guī)劃人員進(jìn)行產(chǎn)業(yè)園的管理，通過地理空間數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)有關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)可視化展示。真實(shí)考察園區(qū)現(xiàn)有人文景觀和工業(yè)和諧性，以及未來(lái)布局的合理性，能夠?yàn)槠嚠a(chǎn)業(yè)園區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展提供決策支持。

4 基于云服務(wù)的VR平臺(tái)架構(gòu)生產(chǎn)

當(dāng)處于一種獨(dú)立的環(huán)境背景下時(shí)，VR系統(tǒng)會(huì)受到定制開發(fā)，特定應(yīng)用環(huán)境維護(hù)等多種技術(shù)以及成本等因素的限制，從一定程度上來(lái)講，VR系統(tǒng)并不能大范圍、大幅度的投放入工業(yè)生產(chǎn)中，在生產(chǎn)的過程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)技術(shù)的普及與應(yīng)用，為了能夠合理解決這一問題，針對(duì)此等問題，我們提出了基于云服務(wù)的架構(gòu)，加入VR部署虛擬現(xiàn)實(shí)資源，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整信息便捷發(fā)布，提供重要的支持?；谠品?wù)的VR模型是以支持環(huán)境作為核心的模型，該模型通過接入以及接觸這兩個(gè)過程，能夠做到服務(wù)于不同的用戶對(duì)環(huán)境包括資源虛擬管理服務(wù)，以及實(shí)例管理和門戶這三個(gè)部分。而系統(tǒng)所服務(wù)的商業(yè)用戶也是管理員的使用者與系統(tǒng)的提供者，系統(tǒng)的使用者可以利用VR服務(wù)用戶，通過門戶平臺(tái)提供相應(yīng)的請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)建立應(yīng)用和使用現(xiàn)有的服務(wù)，而提供者是VR服務(wù)的發(fā)布者，可以向管理員提出正式的申請(qǐng)，進(jìn)行資源注冊(cè)，根據(jù)自身需要的服務(wù)模塊進(jìn)行硬件資源的調(diào)整，進(jìn)行及時(shí)的信息發(fā)布，最后將其接入云端中。接收到服務(wù)請(qǐng)求后，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)或者手動(dòng)開啟任務(wù)，完成任務(wù)后，會(huì)根據(jù)選擇的服務(wù)模塊中的相關(guān)規(guī)定，審核通過后，將最終結(jié)果發(fā)布出去。管理者實(shí)際上也是虛擬現(xiàn)實(shí)服務(wù)平臺(tái)的管理員，平時(shí)的工作就是負(fù)責(zé)日常系統(tǒng)的維護(hù)與管理等，協(xié)調(diào)多用戶應(yīng)用關(guān)系，同時(shí)還需要進(jìn)行云服務(wù)的接入與接出任務(wù)。

除此之外，在面向汽車生產(chǎn)開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)服平臺(tái)構(gòu)成，在軟件上包括數(shù)據(jù)庫(kù)，仿真應(yīng)用，數(shù)據(jù)開發(fā)工具應(yīng)用，服務(wù)器系統(tǒng)，中間件等。在硬件上包括駕駛臺(tái)，虛擬設(shè)備，主體間關(guān)系復(fù)雜。因此，在系統(tǒng)邏輯生產(chǎn)中需要考慮軟硬件資源接入以及資源利用問題，可以設(shè)計(jì)物聯(lián)層和服務(wù)管理層，不同系統(tǒng)間需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作以及數(shù)據(jù)的交互，要及時(shí)的完成相關(guān)資源、數(shù)據(jù)共享的目標(biāo)，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性需求，能夠具有知識(shí)工程支持模塊。

5 小結(jié)

總而言之，VR技術(shù)是解決產(chǎn)品生產(chǎn)效果評(píng)價(jià)的有效途徑，同時(shí)也可以為汽車自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)造出更好的平臺(tái)，在本次研究中我們基于汽車產(chǎn)品生產(chǎn)提出了虛擬現(xiàn)實(shí)服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)功能以及應(yīng)用和開發(fā)環(huán)境和目前正在研發(fā)的服務(wù)工具進(jìn)行系統(tǒng)的分析，希望能夠給汽車行業(yè)的相關(guān)工作人員提供有意義的幫助。