VR技术给制造业带来的巨大冲击

VR技术在制造业的应用前景浅析徐州高新区淮海科技创新研究院郭军VR（VirtualReality，即虚拟现实），是由美国VPL公司创建人拉尼尔（JaronLanier）在20世纪80年代初提出的。其具体涵是：综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。其中，计算机生成的、可交互的三维环境称为虚拟环境（即VirtualEnvironment，简称VE）。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。为了将新产品在开发、维护以及操作方面的特性通过三维可视化的场景形象逼真的表现出来。制造业在徐州国家高新技术产业开发区（徐州高新区）产业中占据着十分大的比重，如何利用好VR这一新技术，对更好地徐州高新区制造业的发展意义重大。1、虚拟现实技术1.1什么是虚拟现实技术？作为继计算机、智能手机之后极具可能的又一通用性计算平台，虚拟现实（VR）自2015年以来就广受关注，虚拟现实产业也随之迎来发展的重要战略窗口期。统计显示，2015年我国虚拟现实行业市场规模为15.4亿元人民币，预计2016年将达56.6亿元，2020年市场规模预计超过550亿元。所谓虚拟现实，就是对客观世界的易用、易知化改造，以临境、交互性、想象为特征，融合三维显示技术、三维建模技术、传感测量技术和人机交互等多种前沿技术，创造的一个三维交互场景。用户借助特殊的输入输出设备，可以体验虚拟世界并与其进行自然交互。在我国，虚拟现实企业主要有两大类别。一是成熟行业依据传统软硬件或内容优势向虚拟现实领域渗透，其中，智能手机及其他硬件厂商大多从硬件布局；二是新型虚拟现实产业公司，包括生态型公司、平台型公司和初创型公司，以互联网厂商为领头羊，在硬件、平台、内容、生态等领域进行布局。目前，资本市场前景良好，融资创新积极性高；内容开发受市场认可，线下体验馆增长迅速；初创企业集结，巨头企业观望，国内VR行业呈现出的上述特点也使其成为电子产品公司重点关注的领域。我国应把握虚拟现实产业发展的战略机遇期，大力促进虚拟现实技术在各行业各领域的广泛应用。尤其要在军事、制造、娱乐、教育、医疗健康、文化艺术、旅游等行业寻找应用突破口，进入高端应用，形成可观收益。1．2虚拟现实技术的特点虚拟现实技术主要具有想象性(Imagination)、交互性(Interactivity)和沉浸性(Immersion)三大特点。想象性(Imagination)是指通过人的想象来形成虚拟的各种环境，与此同时这些想象也是设计者思想的一种体现，因此对实现特定的目标有一定的作用。交互性(Interactivity)是指人与虚拟世界之间以自然的方式进行信息互动的过程。其特点包括虚拟环境中人机交互的实时性、人机交互的有效性、人的参与及反馈。沉浸性(Immersion)也叫做侵入性，是指用户感觉被虚拟世界所包围，全身心的置身于虚拟世界。其包括味觉沉浸、嗅觉沉浸、触觉沉浸、听觉沉浸、视觉沉浸、身体感觉沉浸等。1．3虚拟现实技术的发展历程虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973年~1989年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。2、虚拟现实技术在制造业的应用2.1虚拟设计(产品的布局设计外形设计)虚拟设计指的是把虚拟现实作为基础，把产品作为设计的手段，通过这样的方式，利用多种传感器使设计人员和多维信息环境进行交互影响，从定量和定性两个方面对复杂的环境进行理性和感性的认识，从而有助于创新和深化概念。虚拟设计主要体现在产品的外形设计和产品的布局设计上。比如在传统的汽车工业中，一般情况下开发或设计一辆汽车，需要经过图纸设计、外形铸模、多次的评测修改等众多步骤，并且还会花费大量的时间与资金。而采用虚拟现实技术设计与制造汽车不需要实体建模，简化很多工序，并根据CAD和CAM程序所收集的有关汽车设计的数据库进行仿真，极大地缩短了制造周期。而对于大多数工厂与车间设计中的物流系统、管道铺设、机器布置等，都需要通过虚拟现实技术对其布局有个合理的设计，避免出现很多不合理的问题。2.2虚拟装配在制造业的产品生产过程中，往往要将成千上万的零件装配到一起组成最终的成品，然而成品的配合设计、可装配性的错误，经常要在最后的装配时才能发现，从而对工厂和企业的信誉和经济造成了巨大的损失。而采用虚拟现实技术虚拟装配产品，产品设计的精度不同、形状不同，所模拟的产品的装配过程也是不同的，并且用户可以通过交互的方式，对产品的模拟装配过程进行控制，从而检查产品的设计和操作过程是否得当，及时的发现装配过程中所出现的问题，修改模型。例如，该虚拟仿真系统根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，检验装配设计和操作的正确与否，以便及时发现产品装配中的问题，对模型进行修改。在交互式的虚拟仿真环境中，用户通过使用虚拟交互设备，像在真实环境中一样对机械产品的零部件进行各类拆装、装配和操作。在操作过程中系统提供实时的碰撞检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等功能，从而用户可以对产品的可装配性进行分析、对产品零部件装配序列进行验证和规划等。在装配结束以后，虚拟仿真系统能够记录装配过程的所有信息，并生成评审报告、视频录像等供随后的分析使用。虚拟仿真技术在制造业领域的应用，能够帮助企业缩短产品的发布周期，提高企业的生产效率，以较低的生产成本获得较高的设计质量。企业的生产因为虚拟仿真技术的应用而具有了高度的柔性化和快速的市场反应能力，因而市场竞争能力大大增强。2．3装备制造业机械仿真对于装备制造业来说，利用VR技术记性机械仿真可以预先发现产品设计的加工方法、加工过程等方面的问题，通过修改设计或采取其他措施，确保产品的质量和工期。(机械产品的运动仿真．机械产品的加工过程的仿真)对于虚拟现实技术所进行的机械仿真，其包括有机械产品的运动仿真和机械产品的加工过程的仿真。前者能够有效发现并解决运动件在运动过程中可能的运动干涉检查、运动范围设计、运动协调关系等问题，而后者则可通过仿真，预先发现产品设计的加工方法、加工过程等方面的问题，通过修改设计或采取其他措施，确保产品的质量和工期。2．4虚拟样机机械产品的工作性能及质量，往往通过最终样机的试运转才发现的。但是此时所出现的很多问题都是没有办法改变的，修改设计就意味着全部或者是大部分的重新试制或报废。用虚拟样机取代传统的硬件样机来检测机械产品的质量和工作性能，可大大节约了新产品开发的时间与费用，并能明显地改善开发团体成员之间的交流方式，审核最终产品。3、虚拟现实技术在机械领域运用目前所存在的问题虚拟现实技术是一门较年轻的科学技术，并且在多个领域包括机械中表现了十分广阔的前景与巨大的潜力，但不可否认的是这门技术目前仍所面临着不少的问题。在硬件设施方面，虚拟现实技术面临着相关设备不完善，效果不佳等缺陷，并且设备价格也十分昂贵。在软件方面，虚拟现实技术相关软件则存在着语言专业性较强、通用性与易用性差的缺点。对于这门年轻的科学技术来说，还有有很多技术层次的问题需要改进，如制作出得可信度低，达不到以假乱真的效果等，这些都是虚拟现实技术在机械领域运用目前所存在的问题。并且就目前的状况来看，虚拟现实技术在机械领域的应用还远远不够，有待加强。4、结束语在现今的工程机械领域中，虚拟仿真技术得到广泛的应用，不仅能够提高企业的生产效率，缩短产品的生产周期，降低生产成本，提高设计质量。并且由于虚拟仿真技术的运用使得企业的生产具有了快速的市场反应能力和高度的柔性化，明显增强了市场竞争力。在今后，机械与虚拟现实技术的关系必将会变得更密不可分，而机械产业也定会随着虚拟现实技术的不断完善与进步发展得更加强大。