虛擬現實：未來數字化工廠新趨勢

虛擬現實：未來數字化工廠新趨勢

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數字世界在物理世界的重新凝實，將成為第四次工業革命的關鍵環節，虛擬現實技術也將在這個領域發揮非常關鍵的作用。然而，雖然中國VR市場熱度持續高漲，但在技術和產品內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。那么虛擬現實行業的發展現狀和未來趨勢到底如何?它對于數字化工廠未來工業的發展又會有哪些影響呢?

VR/AR是什么

VR（Virtual Reality）， 虛擬現實。虛擬現實技術利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、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的事物。

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

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

VR/AR“醫治”工廠“痛點”

虛擬現實技術雖然已在消費品市場比較火熱，但這項技術在數字化工廠的應用前景會更加廣闊，因為它將“醫治”目前制造業工廠中的三個“痛點”。

第一，成本問題。制造業的成本高是多方面的，而且不同的行業問題也不一樣，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，由于新生代的權利意識覺醒，很多工廠每年要有很高比例人員變動。虛擬現實技術將成為這個問題的重要解決方案。使用VR和AR技術，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行作業。虛擬現實技術與數字化工廠結合之后，一個新人也能隨時調用每臺設備的參數和互動式的操作手冊，這會大大降低勞動成本。在數字化工廠應用了虛擬現實技術之后，企業培訓的目標不再是讓工人掌握某種技能，而是如何使用這些高效的數字化工具，如何有效地進行人機互動。這個門檻遠比設備操作要低得多，而且隨著VR技術的發展，交互性會越來越友好，學習成本也會越來越低。

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，打車需要有經驗的司機，因為需要問路、預測什么時間到，遇到堵車需要憑運氣和司機的經驗。而當建立了一個虛擬的城市模型以后，在虛擬地圖上可以設置起點和終點，可以對路線進行優化以選擇最優路徑，虛擬的導航地圖可以和真實的行車數據進行互動，可以實時糾偏，而且多次往返以后地圖數據會反饋回一個優化的線路。虛擬模型和真實模型形成雙向數據流，不斷地迭代、優化，實現最優的生產模型。這就是集成虛擬世界和現實世界，把虛實結合在一起，實現生產效率的提高。AR技術可以根據現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商品信息。然后揀貨員精確地從面前貨架上取貨、確認、放入快遞箱。貨品的擺放也經過了智能算法的優化，以保證揀貨員在最短的時間內完成一個訂單的貨品分揀。

第三，時效性問題。企業難免會出現各種問題，而對企業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，更是存在信息交換不到位、出現故障無法及時解決等問題。虛擬現實技術能夠縮短問題診斷與修復的時間，且不再需要另外派遣專家前往遠端據點。事故現場任意員工皆可通過AR眼鏡與遠端專家通過視頻協作完成任務，擁有極高的時效性并省下專家飛往現場提供協助的開銷。遠端現場的員工可由通信與即時視頻分享讓有經驗的員工提供問題診斷及修復的建議。問題瞬間解決的同時還提高了準確性。

應用舉例

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”，虛擬現實技術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習如何更好地使用機器，而是機器反過來學習如何更好地服務于人類。從幾個例子可以獲得一些認知。

工業互聯網行業——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實物理環境的服務，從產品的初始開發就基于虛擬環境來進行，而后在產品生命周期中建立虛擬實物模型，在生產過程中進行交互式的靈活性評估，最后再研究客戶對于不同型號產品的情感反饋以及在沉浸環境中創建學習的新形式。在Cave制造的環境里，現實物體的圖像和物理設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的動作，專用的眼鏡根據捕捉到的動作形成圖像。戴上眼鏡，就感覺進入了“墻內的世界”。

飛機制造行業——波音、空客

早在上世紀90年代初，美國波音公司的計算機服務研究和技術組就已經將AR技術應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系統的幫助下，一個從未受過任何訓練的工人都可勝任此項工作，從而縮短員工培訓的周期。2003年德國成功研制出用于工業設備裝配和維修的Starmate系統和Arvika系統，之后，歐洲航空防務與航天 公 司 (EADS)利 用Arvika系統，通過語音調用計算機生成的提示信息，指導工人輕松地完成lm×6m板上的高密度布線工作。空客公司利用Arvikx系統進行了“干凈水系統的轉配”和“配電盤連接”的工作，充分展現了AR技術在工業裝配、維修方面的巨大潛力。

汽車制造行業

當虛擬現實技術應用到汽車的工業設計和生產當中，設計者可以借助虛擬現實頭盔顯示，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計細節，最大程度上避免設計和生產失誤，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計過程中以多種方式利用虛擬現實技術。福特的Immersion Lab實驗室中一些員工戴上虛擬現實頭盔，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體驗等。最近，奧迪推出了一項名為“虛擬裝配線校檢”的技術，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完成對實際產品裝配工作的預估和校準，使用者佩戴3D眼鏡進入后，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，可以直接在家走進某個建筑里，體驗和比對各樓盤的優劣。有了虛擬現實技術，設計師可以走進一棟還未建造的建筑里，嘗試不同的設計選擇，設計可以更加天馬行空，不用考慮結構，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）