VR技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用初探

潘冬玲

摘 ? 要：隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日漸成熟，曾經(jīng)只能出現(xiàn)在電影里的黑科技—虛擬現(xiàn)實技術(shù)，已經(jīng)融入機(jī)械工業(yè)當(dāng)中。文章論述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點及優(yōu)勢，且對機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);機(jī)械工業(yè);應(yīng)用

1 ? ?虛擬現(xiàn)實概述

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，該技術(shù)涉及計算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)學(xué)、動力學(xué)、光學(xué)、人工智能等研究領(lǐng)域，是多媒體和三維技術(shù)發(fā)展的更高境界。采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用，相互影響，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。

2 ? ?VR技術(shù)的主要特點

2.1 ?多感知性

VR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多維感知。VR技術(shù)通過模擬環(huán)境除得到視覺感知和聽覺感知外，還有力量感知、觸覺感知、動態(tài)感知等，使用戶沉浸于和真實世界相似的環(huán)境中。

2.2 ?存在感

VR技術(shù)是由計算機(jī)創(chuàng)建一個模擬環(huán)境，讓用戶通過設(shè)備作為主角置身于模擬環(huán)境中，通過優(yōu)化模擬環(huán)境的真實度，讓用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺。

2.3 ?交互性

用戶不僅可以和VR設(shè)備進(jìn)行交互，還能感受到對物體的觸動和物體的移動。

3 ? ?VR技術(shù)在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的探索與應(yīng)用

3.1 ?VR虛擬裝配

在機(jī)械制造工業(yè)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以幫助企業(yè)觀察產(chǎn)品以及產(chǎn)品被制造的過程。還可以對產(chǎn)品的模擬裝配過程進(jìn)行控制，系統(tǒng)在操作過程當(dāng)中提供裝配路徑、裝配約束處理、碰撞檢測等功能，使用戶可以對產(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行分析，對產(chǎn)品零部件裝配序列進(jìn)行驗證和規(guī)劃。在裝配結(jié)束后，系統(tǒng)可以提供裝配過程的所有信息，并形成評審報告、視頻錄像等供用戶分析使用。

3.2 ?VR虛擬設(shè)計

VR虛擬技術(shù)主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的外形設(shè)計和產(chǎn)品的布局設(shè)計上。在產(chǎn)品外形設(shè)計中和傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)中，需要通過圖紙設(shè)計、外形鑄模、多次評測修改等大量步驟，需消耗大量的時間及金錢。采用虛擬設(shè)計不需要實體建模，可以簡化不少工序，只根據(jù)計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造收集的機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫進(jìn)行仿真，大大縮短了制造周期，減少人力成本和資源浪費。

3.3 ?VR維護(hù)

VR技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)備的常用故障問題預(yù)設(shè)到系統(tǒng)中，當(dāng)消費者使用的設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以在VR系統(tǒng)中找到解決方案。面向工業(yè)設(shè)備維修的VR智能眼鏡，可通過VR技術(shù)顯示解決設(shè)備故障的具體操作步驟，甚至詳細(xì)到準(zhǔn)確說明如何拆卸零部件。同時，通過內(nèi)置耳機(jī)，維修人員能聽到每一個操作步驟的語音提示。并且，VR技術(shù)與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，可以輕松判斷哪些設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，實現(xiàn)預(yù)防性的設(shè)備維護(hù)。

3.4 ?數(shù)據(jù)可視化

虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了對工業(yè)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)控和協(xié)作的新方法。利用VR技術(shù)可以讓用戶在中央控制室中就能對整個工廠設(shè)備進(jìn)行可視化監(jiān)控，所有數(shù)據(jù)都能以多角度顯示。另外，用戶可以通過虛擬技術(shù)將設(shè)備動作軌跡進(jìn)行動態(tài)演示，讓管理者對生產(chǎn)設(shè)備設(shè)置有科學(xué)的參考。

3.5 ?VR虛擬培訓(xùn)

虛擬培訓(xùn)讓學(xué)員在上崗前就能熟悉整個工廠的環(huán)境，并能在虛擬工廠中進(jìn)行機(jī)械操作訓(xùn)練、零部件的拆卸和重新裝配訓(xùn)練。在安全生產(chǎn)和突發(fā)安全事故應(yīng)對上，利用VR技術(shù)能夠?qū)⑹鹿手噩F(xiàn)，進(jìn)而科學(xué)地引導(dǎo)用戶進(jìn)行應(yīng)急處置。

3.6 ?工廠規(guī)劃

工廠規(guī)劃是一個龐大的項目，涉及多個設(shè)計團(tuán)隊，包括工廠建設(shè)、控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建一個虛擬世界，讓所有設(shè)計都具體呈現(xiàn)，簡化設(shè)計組之間的協(xié)作。通過佩戴VR頭顯，人們便可以從各個角度觀察整個工廠，也可以步入各個樓層查看設(shè)備和管網(wǎng)布置細(xì)節(jié)。一方面，設(shè)計師可以自己從場景的感知中了解、發(fā)現(xiàn)設(shè)計上的不足。另一方面，可以聯(lián)合多部門對設(shè)計進(jìn)行綜合評審，讓相關(guān)成員在虛擬環(huán)境中感受到真實的建筑空間，從而作出自己的評判。

3.7 ?協(xié)同辦公

大眾集團(tuán)就開發(fā)了一套應(yīng)用于汽車生產(chǎn)和協(xié)調(diào)工作的VR系統(tǒng)。允許多用戶共同構(gòu)建應(yīng)用程序，支持大眾來自全球的員工聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行實時的在線協(xié)同工作。員工可在虛擬環(huán)境中獲得與實際生產(chǎn)線一樣的作業(yè)培訓(xùn)。

在VR工業(yè)領(lǐng)域，匯利偉業(yè)公司推出了VR遠(yuǎn)程多人交互和VR物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓身處異地的員工可以在VR車間中一起辦公。從控制機(jī)械設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)到可視化監(jiān)測工況數(shù)據(jù)，具有完整生產(chǎn)系統(tǒng)的VR工廠仿佛就在眼前。

4 ? ?VR技術(shù)優(yōu)點及存在問題

4.1 ?VR技術(shù)優(yōu)點

（1）高效性 。VR提供了一種全新的場景式學(xué)習(xí)方式，而這種學(xué)習(xí)方式能夠大大提升體驗者的學(xué)習(xí)效率以及記憶的留存率。

（2）真實性。不僅僅是通過建模呈現(xiàn)一些平常難以看到的機(jī)械位置，也可以通過錄制設(shè)備真實運轉(zhuǎn)的VR全景視頻，真正身臨其境地觀察體驗。

（3）深入性?？蛻敉ㄟ^VR技術(shù)里的精準(zhǔn)建模和特效渲染技術(shù)，不止看到機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中運轉(zhuǎn)的過程，還可以看見在設(shè)備內(nèi)部運轉(zhuǎn)過程的技術(shù)細(xì)節(jié)、設(shè)備運用的工藝以及具有技術(shù)特點的零部件。

（4）便攜性。隨著5G技術(shù)的普及，云計算的發(fā)展，VR設(shè)備將越來越輕，只需要把設(shè)備安裝在一臺VR頭盔上，就能夠進(jìn)行簡單但全面的設(shè)備展示。

4.2 ? VR技術(shù)在應(yīng)用中存在問題

當(dāng)前VR技術(shù)的確取得了一定的進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)前景也比較誘人，但不可否認(rèn)的是，硬件方面 設(shè)備價格過于昂貴，仍存在令使用體驗大打折扣的問題。軟件方面存在語言專業(yè)性較強(qiáng)，通用性和易用性較差的問題。軟件和內(nèi)容的數(shù)量與質(zhì)量也都存在較大欠缺，VR的快速發(fā)展需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的成熟。在這樣的背景下，還需要開發(fā)商們下一番工夫。

5 ? ?結(jié)語

在如今的機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域，VR改變了傳統(tǒng)的人機(jī)接口模式，為人類進(jìn)入計算機(jī)的虛擬世界提供了可能。由于VR技術(shù)的運用使企業(yè)的生產(chǎn)高度柔性化，同時，具有快速的市場反應(yīng)能力，增強(qiáng)了市場競爭力。VR技術(shù)將以自身獨有的特性給世界帶來全新的驅(qū)動力量。

[參考文獻(xiàn)]

[1]潘志庚，丁宏.虛擬現(xiàn)實及其在工業(yè)中的應(yīng)用[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002（3）：31-33.