•热点兵注*
Engineering
工程
虚拟现实：未来数字化工厂新趋势
■〇
数字世界在物理世界的重新
凝实，将成为第四次工业革命的
关键环节，虚拟现实技术也将在
这个领域发挥非常关键的作用。
然而，虽然中国VR市场热度持
续高涨，但在技术和产品内容上
都还存在很大的缺陷。VR的市
场教育和渠道体系还比较初级，
听说过VR的人很多，见过的很
少，体验过的人就更少了。那么
虚拟现实行业的发展现状和未来
趋势到底如何？它对于数字化工
厂未来工业的发展又会有哪些影
响呢？
VR/AR
“医治”工厂“痛点”
VR/AR
是什么
VR ( Virtual Reality )，虚
拟现实。虚拟现实技术利用电脑
模拟产生一个三维空间的虚拟世
界，提供使用者关于视觉、听觉、
触觉等感官的模拟，让使用者如
同身临其境一般，可以及时、没
有限制地观察三度空间内的事物。
AR ( Augmented Reality ),
增强现实。增强现实技术通过电
脑技术，将虚拟的信息应用到真
实世界，“在屏幕上把虚拟世界
套在现实世界，并进行互动”。
对于两者的区别，简单来说，
通过VR可以及时、没有限制地
观察三度空间内的事物。而AR
让体验着跟虚拟世界产生互动。
虚拟现实技术虽然已在消费品市场比较火热，但这项技术在数
字化工厂的应用前景会更加广阔，因为它将“医治”目前制造业工
厂中的三个‘‘痛点”。
第一，成本问题。制造业的成本高是多方面的，而且不同的
行业问题也不一样，但是有一点比较普遍的就是用工成本的上升。
一方面工人的工资水平在提高，另外一方面，由于新生代的权利
意识觉醒，很多工厂每年要有很高比例人员变动。虚拟现实技术
将成为这个问题的重要解决方案。使用VR和AR技术，可以在眼
睛屏幕上直接显示操作指令与说明图片，可让员工随时查询和执
行作业。虚拟现实技术与数字化工厂结合之后，一个新人也能随
时调用每台设备的参数和互动式的操作手册，这会大大降低劳动
成本。在数字化工厂应用了虚拟现实技术之后，企业培训的目标
不再是让工人掌握某种技能，而是如何使用这些高效的数字化工
具，如何有效地进行人机互动。这个门檻远比设备操作要低得多，
而且随着VR技术的发展，交互性会越来越友好，学习成本也会
越来越低。
第二，效率问题。效率问题可以举例说明。在没有建立虚拟城
市地图之前，打车需要有经验的司机，因为需要问路、预测什么时
e
中国设备工程2016.11(上）
23
10期上最新全.indd 23e2016/11/3 17:47:36
The Management Perspective |
營雉视好
•热点兵注*
■e间到，遇到堵车需要凭运气和司机的经验。而当建立了一个虚拟的 城市模型以后，在虚拟地图上可以设置起点和终点，可以对路线进 行优化以选择最优路径，虚拟的导航地图可以和真实的行车数据进 行互动，可以实时纠偏，而且多次往返以后地图数据会反馈回一个 优化的线路。虚拟模型和真实模型形成双向数据流，不断地迭代、 优化，实现最优的生产模型。这就是集成虚拟世界和现实世界，把 虚实结合在一起，实现生产效率的提高。AR技术可以根据现场情 况通过算法得出运行最快、步骤最少的解决方案。以菜鸟物流为例， 拣货员从快递箱中取出需要配货的订单，运用AR眼镜扫描订单上 的二维码后，就可从眼镜镜片屏幕中看到该订单包含的详细商品信 息。然后拣货员精确地从面前货架上取货、确认、放入快递箱。货 品的摆放也经过了智能算法的优化，以保证拣货员在最短的时间内 完成一个订单的货品分拣。第三，时效性问题。企业难免会出现各种问题，而对企业来说 一分钟的停滞就可能造成成千上万元的损失。对于拥有外勤人员的 企业，更是存在信息交换不到位、出现故障无法及时解决等问题。 虚拟现实技术能够缩短问题诊断与修复的时间，且不再需要另外派 遣专家前往远端据点。事故现场任意员工皆可通过AR眼镜与远端 专家通过视频协作完成任务，拥有极高的时效性并省下专家飞往现 场提供协助的开销。远端现场的员工可由通信与即时视频分享让有 经验的员工提供问题诊断及修复的建议。问题瞬间解决的同时还提 高了准确性。应用举例新时代的人机交互则需要颠 覆性的方法，可以把它命名为“虚 拟工程”，虚拟现实技术只是虚 拟工程的工具。它最大的价值在 于，从此人类不用再去学习如何 更好地使用机器，而是机器反过 来学习如何更好地服务于人类。 从几个例子可以获得一些认知。工业互联网行业——西门子西门子在波音和卡特彼勒一 直有一个叫“Cave”的项目，它 是一个混合虚拟和现实物理环境 的服务，从产品的初始开发就基 于虚拟环境来进行，而后在产品 生命周期中建立虚拟实物模型， 在生产过程中进行交互式的灵活 性评估，最后再研究客户对于不 同型号产品的情感反馈以及在沉 浸环境中创建学习的新形式。在 Cave制造的环境里，现实物体 的图像和物理设置会被投影到真 实的墙壁上，使用者通过佩戴传 感器可以体验墙上图像形成的虚 拟环境。Cave的基本配置有： 三面投影墙、地面投影地板、墙 壁跟踪传感器，利用三面墙壁形 成立体音响。三面墙壁和地面投 影加强3D环境感和立体音效， Cave墙壁上有跟踪传感器捕捉 使用者在房间内的动作，专用的 眼镜根据捕捉到的动作形成图 像。戴上眼镜，就感觉进人了“墙 内的世界”。飞机制造行业一波音、空客早在上世纪90年代初，美 国波音公司的计算机服务研究和 技术组就已经将AR技术应用于 飞机制造中的电力线缆的连接和 接线器的装配中。在AR系统的e
24 中国设备工程2016.11 (上）
10期上最新全.indd 24e2016/11/3 17:47:36
e
蜃
C&M
Engineering 工程
■e
帮助下，一个从未受过任何训练
的工人都可胜任此项工作，从而
缩短员工培训的周期。2003年德
国成功研制出用于工业设备装配
和维修的Starmate系统和
Arvika
系统，之后，欧洲航空防务与航
天公司（EADS)利用Arvika系
统，通过语音调用计算机生成的
提示信息，指导工人轻松地完成
lm x 6m
板上的高密度布线工作。
空客公司利用Arvikx系统进行了
‘‘干净水系统的转配”和“配电
盘连接”的工作，充分展现了
AR
技术在工业装配、维修方面的巨
大潜力。
汽车制造行业
当虚拟现实技术应用到汽车
的工业设计和生产当中，设计者
可以借助虚拟现实头盔显示，在
与真实汽车同样比例的立体空间
中，全方位了解每一处设计细节，
最大程度上避免设计和生产失误，
减少人力成本和资源浪费。自
2000年以来，福特就开始在汽车设计过程中以多种方式利用虚拟
现实技术。福特的Immersion Lab实验室中一些员工戴上虚拟现实
头盔，并模拟观察一辆汽车，可以通过大屏幕査看他们的体验，并
且在多神不同条件下以虚拟方式去查看汽车，提升驾驶者的人体工
程学体验等。最近，奥迪推出了一项名为“虚拟装配线校检”的技术，
利用3D投射和手势控制，可以使流水线工人在三维虚拟空间内完
成对实际产品装配工作的预估和校准，使用者佩戴3D眼镜进入后，
便可有身临其境的感觉。
以后购买房子的客户不用跑腿看楼盘，可以直接在家走进某个
建筑里，体验和比对各楼盘的优劣。有了虚拟现实技术，设计师可
以走进一栋还未建造的建筑里，尝试不同的设计选择，设计可以更
加天马行空，不用考虑结构，因为它可能不会被建造出来，可以直
接放在虚拟空间里让人们体验和使用。
(摘编自“智慧工厂”微信号）
中国设备工程2016.11(上）25
10期上最新全.indd 25e2016/11/3 17:47:37