工业制造行业应用或成虚拟现实引爆点

 

     2015年以来,随着虚拟现实消费级产品的不断推出,虚拟现实才真正成为电子信息领域最受关注的产业之一。虚拟现实产业有望成为全球继计算机、智能手机之后新的通用计算平台。随着各产业智能化发展,七大行业应用或将成为虚拟现实行业应用重点领域,它们是:军事,制造,教育,医疗,文化艺术,旅游,以及汽车工业。其中,制造和汽车工业,或成虚拟现实引爆点。

    在工业和信息化部电子信息司指导下,2016年4月,中国电子技术标准化研究院组织编写了《虚拟现实产业发展白皮书》。本白皮书全面阐述国内外虚拟现实产业发展现状、技术特点、关键技术环节和主要应用领域等,并分析未来提升空间,给出相应的政策建议。最后,列出了当前国内外已发布的部分典型虚拟现实产品。

◆  虚拟现实技术简介

    虚拟现实技术是一种计算机仿真系统,通过对三维世界的模拟创造出一种崭新的交互系统。它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为系统仿真。借助计算机系统及传感器技术生成三维环境,创造出一种崭新的人机交互方式,通过调动用户各种感官(视觉、听觉、触觉、嗅觉 等)来享受更加真实的、身临其境的体验,并使用户沉浸到该环境中。

    在产业界,将虚拟现实定义为三类技术应用方式:虚拟现实(VR,Virtual Reality)、增强现实(AR,Augmented Reality)和混合现实。

    随着硬件性能的提升和成本的大幅度降低,近年来虚拟现实产品获得了广泛发展,特别是 2016年美国消费电子展上,虚拟现实产品成为展会的绝对主角。

 ◆  虚拟现实技术在制造行业的应用

    在制造行业,虚拟现实打破了二维平面的桎梏,其可以在虚拟装配、设备维护、培训等多方面加速制造业的生产率提升,在全球制造业研发、装配、检修、培训等环节已经实现初步应用。

    在研发环节:虚拟现实技术可以展现产品的立体面貌,使研发人员能够全方位构思产品的外形、结构、模具及零部件配置使用方案。特别是在飞机、汽车等大型装备产品的研制过程中,运用虚拟现实技术能大幅提升产品性能的精准性。波音公司将虚拟现实技术应用于777型和787型飞机的设计上,通过虚拟现实的投射和动作捕捉技术,完成了对飞机外型、结构、性能的设计,所得到的方案与实际飞机的偏差小于千分之一英寸。据统计,采用虚拟现实设计的波音777飞机,设计错误修改量减少了90%、研发周期缩短了50%、成本降低了60%。

   在装配环节:虚拟现实技术目前主要应用于精密加工和大型装备产品制造领域,通过高精度设备、精密测量、精密伺服系统与虚拟现实技术的协同,能够实现细致均匀的工件材质、恒温恒湿洁净防震的加工环境、系统误差和随机误差极低的加工系统间的精准配合,提高装备效率和质量。中国一拖集团应用我国本土企业曼恒数字研发的“数字化虚拟现实显示系统”,打造出虚拟装配车间,可实现360度内部全景漫游,既能多角度观察每个装配工位,又能精准跟踪装配工件的生产工艺流程,为我国大型农业装备制造行业发展注入了新鲜血液和强大力量。在虚拟装配环节中,设计人员在产品原型实际加工之前就可以全方位地检查零部件之间的装配间隙和干涉,也可通过程序自动检查装配状态。可以大大提高实际装配成功率并降低零件制作返工率。

    在设备维护检修方面:虚拟现实技术应用于复杂系统的检修工作中,能够实现从出厂前到销售后的全流程检测,能够突破空间限制、缩短时间需要,提高服务效率、拓展服务内容、提升服务质量,将制造业服务化推向新的阶段。例如,美国福特公司联合克莱斯勒公司与IBM合作开发了应用于汽车制造的虚拟现实环境,在汽车出厂前可以检验出其存在的设计缺陷,并辅助修正,大大缩短了新车研发周期。未来,通过远程数据传输,虚拟现实技术将帮助实现实时、远程、预判性的监测维修服务。

    在培训方面:通过利用虚拟现实技术建立虚拟培训基地,能够立体展现制造场景,帮助学员通过全方位的感知体验,获取高仿真的、可重复的、低风险的学习体验,有利于制造业从业人员提前熟悉制造场景、提升应用技能。当前,已经有许多国内外企业运用虚拟现实技术开展培训工作。例如,英国皇家装甲公司采用虚拟现实技术,对14.5吨的新型车辆进行车辆训练模拟,实现了对专用车型驾驶员的操作培训。

    从应用基础看,我国在虚拟现实领域已经形成一批科研成果,为在制造业推广应用奠定了基础。北京航空航天大学和一汽公司合作开发的板料成形软件,基本能够模拟车门等复杂覆盖件的冲压成型过程;沈阳铸造研究所开发的电渣熔铸工艺模拟软件已经应用在水轮机组叶片曲面造型中;合肥工业大学开发研制的双刀架数控车加工模拟已应用于马鞍山钢铁车轮轮箍厂。

  从应用实践看,我国已在航天、航空、汽车等高端制造领域初步应用了虚拟现实技术。中国商飞研发出虚拟现实仿真系统,用于新型民机的预先研究评估和关键技术攻关;一汽、二汽、上汽等汽车公司在运用UG、CATIA、PRO-E等三维软件进行产品设计方面已积累多年经验,具备了应用虚拟现实所需的数据基础。

    从产业基础看,我国制造业规模位居全球第一,规模以上制造企业数量超过32万家,产业门类齐全、产品种类丰富,产业体系健全,对虚拟现实技术的应用场景丰富,空间广大。

   虚拟现实产业市场具有良好前景。国内外多家大型市场研究机构对2020年全球VR产业规模预计在150亿到300亿美元之间;咨询公司Gartner预计VR产业在2020年达到400亿美元规模。2015年我国虚拟现实行业市场规模为15亿元左右,预计2016年将达到56.6亿元,2020年将接近600亿元。

 ◆  虚拟现实技术应用存在的问题

  目前,我国虚拟现实行业应用推进中还存在一些共性问题,如应用场景和应用路径尚不清晰、我国相关行业自身发展层级不高造成新技术应用的效率成本难以平衡、虚拟现实行业应用的供应链短板依然明显。

 

  针对共性问题,一些智库和专家给出了几点建议,一是,强化顶层设计,面向行业需求你规划应用路径;二是,加强重点攻关,尽快突破行业应用技术瓶颈;三是,制定标准规范,开展行业应用联合测试验证;四是,推进试点示范,以点带面扩大行业应用范围和影响力。