增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在質(zhì)量管理的應(yīng)用研究

摘 ?要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)廣泛地應(yīng)用在教育、醫(yī)療、物流和工業(yè)等領(lǐng)域在智能制造背景下的質(zhì)量管理實(shí)踐中，AR技術(shù)較多地用在巡回檢驗(yàn)、設(shè)備維護(hù)、工業(yè)控制交互的智能化協(xié)同、精細(xì)化管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、客戶關(guān)系管理等。文章就當(dāng)前質(zhì)量管理中AR技術(shù)地應(yīng)用現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景進(jìn)行探討、綜述。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);智能制造;質(zhì)量創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：F253 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The augmented reality（Augmented Reality， AR）technology is widely used in the fields of education， medical treatment， logistics and industry. In the practice of quality management under the background of intelligent manufacturing， AR technology is mostly used in itinerant inspection， equipment maintenance， intelligent coordination of industrial control interaction， fine management， risk management and so on. At present， this paper discusses and summarizes the application status and prospect of AR technology in quality management.

Key words： augmented reality; intelligent manufacturing; quality innovation

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)和人工智能時(shí)代，各行各業(yè)都試圖利用最新科學(xué)技術(shù)來(lái)革新質(zhì)量管理方法，提高質(zhì)量水平。除了移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)在質(zhì)量管理中的廣泛應(yīng)用之外，AR技術(shù)較多地用在巡回檢驗(yàn)、復(fù)雜系統(tǒng)裝配、設(shè)備維護(hù)、工業(yè)控制交互的智能化協(xié)同、精細(xì)化管理、監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)管理等方面。

1 ?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality Technique，AR），是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)。這是一種結(jié)合虛擬化技術(shù)再來(lái)觀察世界的方式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將計(jì)算機(jī)生成的二維或三維信息覆蓋在現(xiàn)實(shí)世界之上，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的補(bǔ)充[1-5]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）允許計(jì)算機(jī)生成的三維模型實(shí)時(shí)疊加到現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境中。然后，模型可以被交互地操縱或探測(cè)，就好像它是現(xiàn)實(shí)世界的一部分一樣。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有三個(gè)特征：一是真實(shí)世界和虛擬世界的信息集成，即虛實(shí)融合;二是具有實(shí)時(shí)交互性;三是三維尺度空間中定位增添虛擬物體，即三維跟蹤注冊(cè)。其中，尤以實(shí)時(shí)的人機(jī)交互最為重要[5-6]。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)隨著AR眼鏡技術(shù)的成熟和軟硬件成本的下降，人們將2016年稱為“AR/VR元年”[6]。隨著國(guó)家新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的重大戰(zhàn)略發(fā)布，國(guó)內(nèi)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)了新一輪機(jī)遇。據(jù)IDC預(yù)計(jì)2020年AR/VR市場(chǎng)全球支出規(guī)模將達(dá)到120.7億美元，市場(chǎng)的崛起和產(chǎn)品的普及為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的落地提供了絕佳的機(jī)會(huì)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和工業(yè)、制造業(yè)等垂直領(lǐng)域的融合發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)落地。AR技術(shù)在機(jī)械制造、醫(yī)療、軍事、電視轉(zhuǎn)播、教育、建筑、旅游和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用[7-9]。

2 ?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在質(zhì)量管理中的典型應(yīng)用

2.1 ?在研發(fā)質(zhì)量中的應(yīng)用

在研發(fā)質(zhì)量管理中，采用AR進(jìn)行數(shù)字建模和數(shù)字仿真、數(shù)字孿生，提高開(kāi)發(fā)的效率和開(kāi)發(fā)質(zhì)量。如某實(shí)木家具制造商FunkyChunky家具一直與可持續(xù)先進(jìn)制造（SAM）項(xiàng)目合作，為其下一階段的增長(zhǎng)做好準(zhǔn)備。它用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件FlexSim允許FunkyChunky家具對(duì)更改進(jìn)行數(shù)字建模，以消除決策過(guò)程和建模生產(chǎn)流程，提高開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。

個(gè)性化定制的研發(fā)方面，在AR的幫助下，根據(jù)客戶的房間進(jìn)行家具樣式和材質(zhì)的選取。因此在AR技術(shù)幫助下，根據(jù)不同客戶的應(yīng)用場(chǎng)景，為客戶進(jìn)行量身訂做的設(shè)計(jì)。滿足用戶個(gè)性化場(chǎng)景、個(gè)性化需求。如格力和亮風(fēng)堂合作，在AR技術(shù)的幫助，用戶可以調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)向，以適應(yīng)室內(nèi)空間布局，模擬真實(shí)送風(fēng)，讓家電真正做到貼合用戶個(gè)性化場(chǎng)景、個(gè)性化需求。

2.2 ?在巡回檢驗(yàn)和質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程的應(yīng)用

對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能巡檢、點(diǎn)檢，自動(dòng)記錄設(shè)備狀態(tài)，對(duì)工序質(zhì)量進(jìn)行巡檢和檢驗(yàn)。基于多點(diǎn)識(shí)別技術(shù)、AR智能眼鏡、AR遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng)等，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢或現(xiàn)場(chǎng)巡檢、質(zhì)量檢驗(yàn)等。并協(xié)助工作人員將巡檢情況、巡檢數(shù)據(jù)傳回后臺(tái)，并連接數(shù)據(jù)系統(tǒng)高效統(tǒng)計(jì)分析，并協(xié)助工人按時(shí)、保質(zhì)保量的完成巡檢工作，隨時(shí)生成巡檢記錄，實(shí)時(shí)分析，提高了工作效率，提高了巡檢過(guò)程的質(zhì)量。如AR技術(shù)與產(chǎn)品服務(wù)電網(wǎng)巡檢、石油化工行業(yè)的巡檢等案例。使用AR對(duì)巡檢過(guò)程進(jìn)行管控，可以使用拍照、錄像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄;錄制的視頻可以實(shí)時(shí)同步到云存儲(chǔ)，從而達(dá)到過(guò)程管控的目的;同時(shí)云端存儲(chǔ)的內(nèi)容為今后行為分析提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 ?在裝配質(zhì)量提升中的應(yīng)用

AR眼鏡集成多種識(shí)別技術(shù)：人臉識(shí)別、圖像識(shí)別等進(jìn)行身份認(rèn)證;現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以通過(guò)AR眼鏡與遠(yuǎn)程中心專家的實(shí)時(shí)音視頻交互驗(yàn)證。AR的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是大型復(fù)雜機(jī)械的組裝、維修和檢修。利用AR技術(shù)，將大量復(fù)雜的手冊(cè)或指南內(nèi)容以生動(dòng)的3D圖形表示，并直接與真實(shí)視野結(jié)合，直觀形象地對(duì)每一步的工作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。對(duì)工程技術(shù)人員而言，這遠(yuǎn)比翻看內(nèi)容繁多的指導(dǎo)叢書(shū)要容易理解得多。專家也可以通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)工程技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)。再者，利用3D圖形重疊進(jìn)行注釋注解可以使技術(shù)上的指導(dǎo)更加清楚直觀，還可以采用AR技術(shù)監(jiān)控工人裝配的質(zhì)量，如果工人不小心裝配，還可以進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示，并引導(dǎo)員工裝配。增加現(xiàn)實(shí)技術(shù)極大地提高了工作的質(zhì)量和效率，如：施耐德電氣母線公司的客戶遍布全球各地，非標(biāo)母線的定制及質(zhì)量檢測(cè)，客戶需要隨時(shí)了解一線制造裝配最新情況，傳統(tǒng)的電話和拍照方式，無(wú)法達(dá)到有效的溝通效果，使用AR遠(yuǎn)程協(xié)作，客戶可以以第一視角、第一時(shí)間獲取現(xiàn)場(chǎng)制造情況，并指導(dǎo)制造過(guò)程。該系統(tǒng)降低了施耐德電氣的客戶服務(wù)成本，提升了客戶體驗(yàn)。

2.4 ?在設(shè)備管理與維修中的應(yīng)用

AR技術(shù)除了對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能巡檢、點(diǎn)檢，自動(dòng)記錄設(shè)備狀態(tài)外，在設(shè)備巡檢和維修過(guò)程中，工程人員可以通過(guò)AR的語(yǔ)音系統(tǒng)，向數(shù)據(jù)后臺(tái)或控制中心隨時(shí)隨地調(diào)取這臺(tái)設(shè)備從入廠到現(xiàn)在的所有的故障情況維修記錄、設(shè)備指標(biāo)、使用情況等，對(duì)這臺(tái)設(shè)備的歷史有了一個(gè)非常明確的掌握，還可以隨時(shí)隨地調(diào)取工作流程信息，查看和設(shè)備情況一一對(duì)應(yīng)的操作說(shuō)明書(shū)、圖紙、文件等材料，全程可以按照工作流程的提示來(lái)進(jìn)行操作，完成工序，簡(jiǎn)單便捷。解放雙手，邊查看信息邊操作;增加工作效率，能夠顯著提高首次維修成功率，提升維修速率。同時(shí)遠(yuǎn)程專家可以實(shí)時(shí)看見(jiàn)第一現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀況、操作內(nèi)容，并在畫(huà)面中標(biāo)注指導(dǎo)信息，傳輸相關(guān)文件，實(shí)時(shí)同步到現(xiàn)場(chǎng)人員佩戴的AR眼鏡上，高效解決問(wèn)題。如某公司設(shè)計(jì)了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的動(dòng)車組檢修作業(yè)指導(dǎo)系統(tǒng)。對(duì)于利用文字圖片展示復(fù)雜檢修工序不夠直觀的問(wèn)題，提出利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行展示的方案。該解決方案可以提高動(dòng)車組檢修作業(yè)指導(dǎo)的便捷性、直觀性和智能化水平。還可以進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)、診斷或預(yù)測(cè)性維修以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可視化。

2.5 ?在客戶關(guān)系質(zhì)量管理中的應(yīng)用

借助于領(lǐng)先的AR技術(shù)，用“3DAR說(shuō)明書(shū)”替代傳統(tǒng)紙質(zhì)說(shuō)明書(shū)。視頻說(shuō)明書(shū)比較容易理解和清晰，為客戶使用說(shuō)明書(shū)方面提供便利，可以使客戶體驗(yàn)更好。再如打造良好客戶體驗(yàn)的另一個(gè)案例：如汽車的外觀、內(nèi)飾及數(shù)據(jù)參數(shù)生動(dòng)地體現(xiàn)在3D場(chǎng)景中，使用戶在移動(dòng)端選車時(shí)就如同身臨其境一般，甚至比線下具有更好的用戶體驗(yàn)效果。進(jìn)行AR線上線下聯(lián)動(dòng)營(yíng)銷，利用蓬勃發(fā)展的AR技術(shù)、在信息碎片化的大數(shù)據(jù)時(shí)代實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)銷，AR正在迅速變?yōu)槭袌?chǎng)營(yíng)銷和廣告最熱門的趨勢(shì)，作為一種全新的方式連接消費(fèi)者。AR營(yíng)銷正在成為媒體首要講故事的方式，可以拓展實(shí)際感受，提供獨(dú)特的，令人感受深刻的交互，產(chǎn)生出乎意料的營(yíng)銷效果。通過(guò)AR技術(shù)在售后服務(wù)為客戶解答問(wèn)題、指導(dǎo)客戶安裝以及了解客戶的需求。如：讓AR深入上汽通用汽車的售前與售后服務(wù)環(huán)節(jié)。通過(guò)部件識(shí)別動(dòng)態(tài)詳解汽車的構(gòu)造與功能，讓用戶快速上手并輕松獲悉汽車“隱藏”技能，方便學(xué)習(xí)與處理突發(fā)問(wèn)題，升級(jí)服務(wù)系統(tǒng)。

2.6 ?通過(guò)智能包裝，提高質(zhì)量管理的水平

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智能包裝中的應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)和虛擬世界應(yīng)用可以得到連接。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同包裝材質(zhì)上的應(yīng)用、增強(qiáng)包裝產(chǎn)品信息傳遞面、增強(qiáng)包裝產(chǎn)品社交化、突破傳統(tǒng)包裝營(yíng)銷應(yīng)用效果、替代傳統(tǒng)紙質(zhì)說(shuō)明書(shū)等，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能包裝通過(guò)創(chuàng)新思維在包裝中加入更多的新技術(shù)、新工藝，使其既具有傳統(tǒng)的功能，還具有新的應(yīng)用方向，如RFID盤點(diǎn)檢測(cè)、檢測(cè)產(chǎn)品溫度和新鮮度等。通過(guò)智能包裝，提高質(zhì)量管理的水平。

2.7 ?基于物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同平臺(tái)的質(zhì)量監(jiān)控、管理可視化與風(fēng)險(xiǎn)管控中的應(yīng)用

構(gòu)建先進(jìn)的遠(yuǎn)程控制+AR+IoT的平臺(tái)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)領(lǐng)域，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能制造升級(jí)。通過(guò)智能眼鏡來(lái)監(jiān)測(cè)、診斷或預(yù)測(cè)性維修，實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可視化;頭戴計(jì)算機(jī)和AR眼鏡具有解放雙手，全語(yǔ)音操控等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，依托自主研發(fā)的配套軟件，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)作、數(shù)字化工作流等多種應(yīng)用系統(tǒng)。將一線員工、后方專家、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工作信息、物聯(lián)平臺(tái)等元素融合為完整的“人、物、數(shù)”協(xié)同體系，協(xié)助實(shí)現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)的全面建設(shè)。在這個(gè)平臺(tái)上，還可以創(chuàng)建友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了基于文字、圖片和動(dòng)畫(huà)等多元方式的交互式虛擬培訓(xùn)，為操作人員提供在線的工藝培訓(xùn)功能，此外也可對(duì)加工人員進(jìn)行離線操作培訓(xùn)，縮短培訓(xùn)周期。還可以同步數(shù)據(jù)信息，3D模型、視頻等多種內(nèi)容輔助;培訓(xùn)和操作同步進(jìn)行，降低工序風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)VR/AR技術(shù)與客戶產(chǎn)品相結(jié)合，可快速準(zhǔn)確地讓用戶掌握產(chǎn)品功能和使用流程規(guī)范，亦可與工作流程相結(jié)合，快速讓新人上手，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，節(jié)約培訓(xùn)成本，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控功能，降低人員出行成本，大幅提升工作效率。如菲尼克斯電氣和亮風(fēng)臺(tái)合作“AR柔性制造生產(chǎn)線”系統(tǒng)，引入人臉識(shí)別、AR等新技術(shù)，提高企業(yè)個(gè)性化服務(wù)能力，系統(tǒng)中AR、智能物流、智能包裝、定制配送等智能體系相互配合，保障生產(chǎn)線的智能化管控。亮風(fēng)臺(tái)已與菲尼克斯電氣達(dá)成戰(zhàn)略合作，共同打造“AR智能制造工作平臺(tái)”。在海爾全球首家智能+5G互聯(lián)工廠、歐洲海爾智慧洗衣機(jī)互聯(lián)工廠、天津海爾洗衣機(jī)互聯(lián)工廠等系列工廠中，亮風(fēng)臺(tái)AR成為其中重要組成，應(yīng)用于多種場(chǎng)景。亮風(fēng)臺(tái)已與海爾智研院達(dá)成戰(zhàn)略合作，在智能制造多個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)合作，共同推動(dòng)AR在海爾、海爾生態(tài)伙伴體系的商業(yè)落地。再如當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)字化運(yùn)維中的后臺(tái)平臺(tái)第一時(shí)間接到報(bào)警，并及時(shí)跟蹤故障的解決情況、根因分析、避免再發(fā)生、提高運(yùn)維效率。

3 ?結(jié) ?論

總之，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)已來(lái)的今天，除了質(zhì)量工具、質(zhì)量管理技術(shù)方法創(chuàng)新之外，擁有質(zhì)量創(chuàng)新的新思維尤為重要。AR在制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、教育、醫(yī)療、政府管理、金融、零售業(yè)、建筑、媒體、旅游、軍事、農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在越來(lái)越多的公司中，部署增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），以提高他們的工作場(chǎng)所績(jī)效、知識(shí)轉(zhuǎn)移以及員工生產(chǎn)力。有學(xué)者的研究結(jié)果表明：AR引入有很大的影響和長(zhǎng)期利益的潛力;AR有可能提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的合規(guī)性和減少錯(cuò)誤。高定制成本和互操作性，是目前采用AR的主要障礙。當(dāng)AR技術(shù)應(yīng)用廣泛時(shí)，基于AR技術(shù)質(zhì)量管理創(chuàng)新機(jī)會(huì)就會(huì)大幅增加，讓我們期待著這一天的早日到來(lái)。

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收稿日期：2020-12-07

作者簡(jiǎn)介：王福紅（1975-），女，山東德州人，上海建橋?qū)W院商學(xué)院，博士，研究方向：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、超網(wǎng)絡(luò)、供應(yīng)鏈質(zhì)量管理。