虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造中的應用

王曉雪+張婷+丁嘉明+王哲愷

摘 要：本文旨在以虛擬現(xiàn)實技術為牽引，服務機電產(chǎn)品先進制造領域，探討虛擬現(xiàn)實技術應用于用戶與機電產(chǎn)品的虛擬交互。虛擬制造能夠大大降低機電產(chǎn)品在制造過程中反復修改的成本，同時更加便捷地優(yōu)化、改善產(chǎn)品；并且突破空間限制，避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)一些因經(jīng)驗不足而發(fā)生的重大失誤；提高虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造方面的服務效率、拓展服務內(nèi)容、提升服務質(zhì)量，將制造業(yè)的服務化推向新的階段。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術；機電產(chǎn)品；先進制造

一、背景介紹

近年來，虛擬現(xiàn)實技術成為了一項非?；钴S的應用技術，被運用于人們生活及工作的各個領域之中。從20世紀80年代開始受到人們的關注，由此得到迅速的發(fā)展，在二十一世紀數(shù)字化信息技術時代中具有典型代表性，它將數(shù)字圖像的處理、計算機圖形學、計算機多媒體應用技術、傳感器技術等多個數(shù)字化信息技術相互融合。工業(yè)設計近幾年的大力發(fā)展促進了虛擬現(xiàn)實進入制造行業(yè)的趨勢?！爸袊圃?025”的發(fā)布是對國內(nèi)制造業(yè)的極大促進，將對虛擬現(xiàn)實技術應用于先進制造領域提供支持。

二、虛擬制造融合虛擬世界和實體世界

在社會快速發(fā)展的過程中，計算機網(wǎng)絡與虛擬現(xiàn)實這類先進技術的出現(xiàn)及發(fā)展，使虛擬制造這一新鮮的概念與理論在20世紀90年代之時油然而生，這樣全新的制造方式已經(jīng)成為當今制造技術在數(shù)字時代發(fā)展中的前進方向。虛擬制造是不生產(chǎn)實體產(chǎn)品的，這種方式將產(chǎn)品在制造過程中的實體和活動進行數(shù)字模型化，從而構造出一個虛擬的世界，在這個虛擬世界中展開產(chǎn)品制造中的一切活動，形成從虛擬設計、改善到虛擬產(chǎn)品制造的一整套虛擬制造過程。

實體世界中的想法和需求都能夠通過工業(yè)軟件在虛擬世界中得以體現(xiàn)，在虛擬世界中進行的任何調(diào)整都會在產(chǎn)品制造時反映在實體產(chǎn)品中，因此，可以形成虛實結合、動態(tài)交互的高度智能化制造方式。虛擬世界和實體世界的不同，在隨著數(shù)字化的社會到來的過程中開始發(fā)生聯(lián)系，可以發(fā)現(xiàn)虛擬世界和實體世界在制造行業(yè)中也呈現(xiàn)出慢慢相互“融合”的狀態(tài)。例如虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造中的應用，在產(chǎn)品設計階段，應用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)機電產(chǎn)品外觀的選型以及用戶測試，可以大大降低反復修改的成本和人力投入。虛擬現(xiàn)實技術的產(chǎn)生帶來的益處使得虛擬制造得以迅速發(fā)展，也減小了在實體世界中機電產(chǎn)品制造的復雜性和不確定性。

在快速變化的市場需求下，傳統(tǒng)的制造技術勢必會面對嚴峻的挑戰(zhàn)。虛擬制造是運用計算機仿真技術在產(chǎn)品的設計階段或?qū)嶓w產(chǎn)品制造形成之前進行數(shù)字化的模擬，制造出數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品，在同行業(yè)之間、跨行業(yè)之間的互相融合交流以及互相競爭情況之下，企業(yè)面對產(chǎn)品和服務需求越來越多元化的快速變化，可以提前了解、滿足不同顧客的想法和需求，優(yōu)化產(chǎn)品，減少成本，增加研發(fā)設計和產(chǎn)品服務過程中的不確定性。因此，虛擬現(xiàn)實將成為技術牽引，服務未來的機電產(chǎn)品制造領域，將虛擬世界和實體世界更加密切地相互融合。

三、虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品制造中的應用

虛擬現(xiàn)實技術能夠快速、高質(zhì)量、低成本地對產(chǎn)品進行多次整體優(yōu)化、循環(huán)設計，使機電產(chǎn)品在利用率方面有所提高，進行機電產(chǎn)品外觀方案的評估與確定，改善制造業(yè)培訓員工時出現(xiàn)的種種問題，例如員工使用機電產(chǎn)品所發(fā)生的誤操作，以及節(jié)省機位等。

首先，在機電產(chǎn)品設計階段，運用虛擬現(xiàn)實技術實時發(fā)布的功能，可以細化各項工作的可實現(xiàn)程度，外觀把控，顏色調(diào)試等功能。運用虛擬現(xiàn)實技術提前將制造業(yè)機電產(chǎn)品進行改良，如對產(chǎn)品的外觀、結構、顏色等進行預先改造，從而減輕制造商的壓力，能夠先確定好外觀之后再進行實體的產(chǎn)品制造，較大限度上縮短了產(chǎn)品制造的時間，也降低了反復修改的成本和人力投入。

其次，在機電產(chǎn)品投入使用階段，運用虛擬現(xiàn)實技術沉浸式體驗的特點，進行員工虛擬仿真操作和培訓，結合虛擬現(xiàn)實技術將現(xiàn)實操作融入其中，使員工在第一時間了解和熟悉機電產(chǎn)品的運用。機電產(chǎn)品制造業(yè)中，因新員工技術不嫻熟，運用機電產(chǎn)品時，可能損耗材料以及降低機電產(chǎn)品的利用率，針對此方面的問題，虛擬現(xiàn)實技術能夠使員工更直觀、清晰地了解機電產(chǎn)品的功能和使用，消除傳統(tǒng)制造中員工無法直觀了解機電產(chǎn)品的缺陷，避免在生產(chǎn)過程中一些由于沒有前期經(jīng)驗而導致的錯誤的出現(xiàn)，發(fā)生重大失誤，造成不同程度的損失。并且，在機電產(chǎn)品制作中應用虛擬現(xiàn)實技術，突破了空間的限制，一定程度上方便了機電產(chǎn)品的使用，同時也節(jié)省機位，提高生產(chǎn)效率。

此外，在機電產(chǎn)品宣傳推廣階段，應用虛擬現(xiàn)實技術對客戶進行產(chǎn)品仿真演示，比傳統(tǒng)二維和動態(tài)演示效果更理想，能夠促進銷售，還原機電產(chǎn)品在工作場景中的運用，提高了虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造方面的服務效率、拓寬了其服務的內(nèi)容，并且提升了服務的質(zhì)量，使機電制造業(yè)滋生新的服務行為。將虛擬現(xiàn)實技術應用引入機電產(chǎn)品先進制造業(yè)中，更加符合當今社會發(fā)展的速度與需求。同時，3D虛擬技術大大減少了傳統(tǒng)制造所產(chǎn)生的二次成本。應用虛擬現(xiàn)實技術將已建立的機電產(chǎn)品模型和操作場景進行三維發(fā)布，模擬一個虛擬操作空間，可供用戶與機電產(chǎn)品之間進行虛擬交互。基于用戶研究基礎之上，通過探討了解客戶需求，通過發(fā)布平臺更改用戶所需產(chǎn)品外觀，以及具體的操作界面和操作形式的設計，來滿足客戶的需求。

虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造中的應用不同于傳統(tǒng)制造，在生產(chǎn)制造過程中人員、機器與產(chǎn)品之間的信息交流以虛擬制造中的工業(yè)軟件為載體，全過程數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、傳輸與分析比傳統(tǒng)制造更加豐富且準確，更具制造資源配置的效率，能夠?qū)ξ镔|(zhì)和資金實現(xiàn)高效利用。虛擬現(xiàn)實技術通過工業(yè)軟件的數(shù)字模擬完成大量原本需要人員參與的復雜性工作，解放人員去完成更加高級和更具創(chuàng)造性的工作內(nèi)容，也提高了人員的工作效率。在信息化的背景之下，當感知與數(shù)據(jù)的相關聯(lián)系更為密切，數(shù)據(jù)成為了一種新的資源，決定了未來企業(yè)的核心競爭力，由虛擬現(xiàn)實技術引領的數(shù)據(jù)化產(chǎn)品先進制造方式將獲得發(fā)展。

四、結語

綜上所述，虛擬制造能夠大大降低機電產(chǎn)品在制造過程中反復修改的成本，同時更加便捷地優(yōu)化、改善產(chǎn)品；并且突破空間限制，避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)一些因經(jīng)驗不足而發(fā)生重大失誤；提高虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造方面的服務效率、拓展服務內(nèi)容、提升服務質(zhì)量，將制造業(yè)的服務化推向新的階段。虛擬制造是由許多先進科學和知識體系集成的先進技術，促進機電產(chǎn)品制造技術的發(fā)展，使虛擬現(xiàn)實技術得以應用于機電產(chǎn)品先進制造領域之中。虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品先進制造業(yè)中，從概念設計、評估修改、生產(chǎn)制造加工到裝配產(chǎn)出都有著廣泛的應用。總之，虛擬現(xiàn)實技術正在從根本上改變傳統(tǒng)機械設計和傳統(tǒng)制造領域中設計、修改、評估、規(guī)模生產(chǎn)的制造模式。虛擬現(xiàn)實技術在機電產(chǎn)品的先進制造業(yè)中具有廣泛的應用前景，必將成為最具影響力的制造技術之一。

參考文獻：

[1]趙沁平.虛擬現(xiàn)實綜述[J].中國科學，2009.

[2]魏安順等.虛擬現(xiàn)實技術及其在制造業(yè)的應用，2004.endprint