虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造中的應(yīng)用

王曉雪+張婷+丁嘉明+王哲愷

摘 要：本文旨在以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為牽引，服務(wù)機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造領(lǐng)域，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于用戶與機(jī)電產(chǎn)品的虛擬交互。虛擬制造能夠大大降低機(jī)電產(chǎn)品在制造過(guò)程中反復(fù)修改的成本，同時(shí)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(guò)程中出現(xiàn)一些因經(jīng)驗(yàn)不足而發(fā)生的重大失誤；提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造方面的服務(wù)效率、拓展服務(wù)內(nèi)容、提升服務(wù)質(zhì)量，將制造業(yè)的服務(wù)化推向新的階段。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；機(jī)電產(chǎn)品；先進(jìn)制造

一、背景介紹

近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為了一項(xiàng)非常活躍的應(yīng)用技術(shù)，被運(yùn)用于人們生活及工作的各個(gè)領(lǐng)域之中。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始受到人們的關(guān)注，由此得到迅速的發(fā)展，在二十一世紀(jì)數(shù)字化信息技術(shù)時(shí)代中具有典型代表性，它將數(shù)字圖像的處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)多媒體應(yīng)用技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)數(shù)字化信息技術(shù)相互融合。工業(yè)設(shè)計(jì)近幾年的大力發(fā)展促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)入制造行業(yè)的趨勢(shì)。“中國(guó)制造2025”的發(fā)布是對(duì)國(guó)內(nèi)制造業(yè)的極大促進(jìn)，將對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于先進(jìn)制造領(lǐng)域提供支持。

二、虛擬制造融合虛擬世界和實(shí)體世界

在社會(huì)快速發(fā)展的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與虛擬現(xiàn)實(shí)這類先進(jìn)技術(shù)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(jì)90年代之時(shí)油然而生，這樣全新的制造方式已經(jīng)成為當(dāng)今制造技術(shù)在數(shù)字時(shí)代發(fā)展中的前進(jìn)方向。虛擬制造是不生產(chǎn)實(shí)體產(chǎn)品的，這種方式將產(chǎn)品在制造過(guò)程中的實(shí)體和活動(dòng)進(jìn)行數(shù)字模型化，從而構(gòu)造出一個(gè)虛擬的世界，在這個(gè)虛擬世界中展開(kāi)產(chǎn)品制造中的一切活動(dòng)，形成從虛擬設(shè)計(jì)、改善到虛擬產(chǎn)品制造的一整套虛擬制造過(guò)程。

實(shí)體世界中的想法和需求都能夠通過(guò)工業(yè)軟件在虛擬世界中得以體現(xiàn)，在虛擬世界中進(jìn)行的任何調(diào)整都會(huì)在產(chǎn)品制造時(shí)反映在實(shí)體產(chǎn)品中，因此，可以形成虛實(shí)結(jié)合、動(dòng)態(tài)交互的高度智能化制造方式。虛擬世界和實(shí)體世界的不同，在隨著數(shù)字化的社會(huì)到來(lái)的過(guò)程中開(kāi)始發(fā)生聯(lián)系，可以發(fā)現(xiàn)虛擬世界和實(shí)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(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造中的應(yīng)用，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品外觀的選型以及用戶測(cè)試，可以大大降低反復(fù)修改的成本和人力投入。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生帶來(lái)的益處使得虛擬制造得以迅速發(fā)展，也減小了在實(shí)體世界中機(jī)電產(chǎn)品制造的復(fù)雜性和不確定性。

在快速變化的市場(chǎng)需求下，傳統(tǒng)的制造技術(shù)勢(shì)必會(huì)面對(duì)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。虛擬制造是運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段或?qū)嶓w產(chǎn)品制造形成之前進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)情況之下，企業(yè)面對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)需求越來(lái)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(shè)計(jì)和產(chǎn)品服務(wù)過(guò)程中的不確定性。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)將成為技術(shù)牽引，服務(wù)未來(lái)的機(jī)電產(chǎn)品制造領(lǐng)域，將虛擬世界和實(shí)體世界更加密切地相互融合。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠快速、高質(zhì)量、低成本地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行多次整體優(yōu)化、循環(huán)設(shè)計(jì)，使機(jī)電產(chǎn)品在利用率方面有所提高，進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品外觀方案的評(píng)估與確定，改善制造業(yè)培訓(xùn)員工時(shí)出現(xiàn)的種種問(wèn)題，例如員工使用機(jī)電產(chǎn)品所發(fā)生的誤操作，以及節(jié)省機(jī)位等。

首先，在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時(shí)發(fā)布的功能，可以細(xì)化各項(xiàng)工作的可實(shí)現(xiàn)程度，外觀把控，顏色調(diào)試等功能。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提前將制造業(yè)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行改良，如對(duì)產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、顏色等進(jìn)行預(yù)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(jìn)行實(shí)體的產(chǎn)品制造，較大限度上縮短了產(chǎn)品制造的時(shí)間，也降低了反復(fù)修改的成本和人力投入。

其次，在機(jī)電產(chǎn)品投入使用階段，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸式體驗(yàn)的特點(diǎn)，進(jìn)行員工虛擬仿真操作和培訓(xùn)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將現(xiàn)實(shí)操作融入其中，使員工在第一時(shí)間了解和熟悉機(jī)電產(chǎn)品的運(yùn)用。機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)中，因新員工技術(shù)不嫻熟，運(yùn)用機(jī)電產(chǎn)品時(shí)，可能損耗材料以及降低機(jī)電產(chǎn)品的利用率，針對(duì)此方面的問(wèn)題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使員工更直觀、清晰地了解機(jī)電產(chǎn)品的功能和使用，消除傳統(tǒng)制造中員工無(wú)法直觀了解機(jī)電產(chǎn)品的缺陷，避免在生產(chǎn)過(guò)程中一些由于沒(méi)有前期經(jīng)驗(yàn)而導(dǎo)致的錯(cuò)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(jī)電產(chǎn)品制作中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，突破了空間的限制，一定程度上方便了機(jī)電產(chǎn)品的使用，同時(shí)也節(jié)省機(jī)位，提高生產(chǎn)效率。

此外，在機(jī)電產(chǎn)品宣傳推廣階段，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)客戶進(jìn)行產(chǎn)品仿真演示，比傳統(tǒng)二維和動(dòng)態(tài)演示效果更理想，能夠促進(jìn)銷售，還原機(jī)電產(chǎn)品在工作場(chǎng)景中的運(yùn)用，提高了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造方面的服務(wù)效率、拓寬了其服務(wù)的內(nèi)容，并且提升了服務(wù)的質(zhì)量，使機(jī)電制造業(yè)滋生新的服務(wù)行為。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用引入機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造業(yè)中，更加符合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的速度與需求。同時(shí)，3D虛擬技術(shù)大大減少了傳統(tǒng)制造所產(chǎn)生的二次成本。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將已建立的機(jī)電產(chǎn)品模型和操作場(chǎng)景進(jìn)行三維發(fā)布，模擬一個(gè)虛擬操作空間，可供用戶與機(jī)電產(chǎn)品之間進(jìn)行虛擬交互。基于用戶研究基礎(chǔ)之上，通過(guò)探討了解客戶需求，通過(guò)發(fā)布平臺(tái)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(shè)計(jì)，來(lái)滿足客戶的需求。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造中的應(yīng)用不同于傳統(tǒng)制造，在生產(chǎn)制造過(guò)程中人員、機(jī)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(guò)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(zhǔn)確，更具制造資源配置的效率，能夠?qū)ξ镔|(zhì)和資金實(shí)現(xiàn)高效利用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)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(fù)雜性工作，解放人員去完成更加高級(jí)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(dāng)感知與數(shù)據(jù)的相關(guān)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(lái)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引領(lǐng)的數(shù)據(jù)化產(chǎn)品先進(jìn)制造方式將獲得發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，虛擬制造能夠大大降低機(jī)電產(chǎn)品在制造過(guò)程中反復(fù)修改的成本，同時(shí)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(guò)程中出現(xiàn)一些因經(jīng)驗(yàn)不足而發(fā)生重大失誤；提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造方面的服務(wù)效率、拓展服務(wù)內(nèi)容、提升服務(wù)質(zhì)量，將制造業(yè)的服務(wù)化推向新的階段。虛擬制造是由許多先進(jìn)科學(xué)和知識(shí)體系集成的先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得以應(yīng)用于機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造領(lǐng)域之中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品先進(jìn)制造業(yè)中，從概念設(shè)計(jì)、評(píng)估修改、生產(chǎn)制造加工到裝配產(chǎn)出都有著廣泛的應(yīng)用。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在從根本上改變傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)制造領(lǐng)域中設(shè)計(jì)、修改、評(píng)估、規(guī)模生產(chǎn)的制造模式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品的先進(jìn)制造業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，必將成為最具影響力的制造技術(shù)之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國(guó)科學(xué)，2009.

[2]魏安順等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在制造業(yè)的應(yīng)用，2004.endprint