虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煙草行業(yè)的應(yīng)用

周宏 林秀全

一、引言

煙草行業(yè)作為傳統(tǒng)生產(chǎn)和銷售模式結(jié)合的商業(yè)，在當(dāng)下信息化時(shí)代正面臨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的巨大挑戰(zhàn)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，需要將新興技術(shù)結(jié)合煙草行業(yè)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行探索，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新興的綜合性技術(shù)，能夠顛覆傳統(tǒng)的二維的表現(xiàn)方式，并融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在煙草的智能生產(chǎn)、煙草實(shí)訓(xùn)、煙草物流虛擬仿真等方面進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，從而來提升煙草行業(yè)的整體競爭力。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)狀

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成如圖1所示。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性

1.沉浸性。使用戶感覺完全置身與虛擬世界中，被虛擬世界所包圍。 根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理或心理特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生逼真的三維立體圖像；用戶戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，使自己由觀察者變?yōu)樯硇膮⑴c者，成為虛擬環(huán)境中的一員。

2.交互性。指虛擬環(huán)境能夠響應(yīng)人的自然行為，能夠與人互動(dòng)。人與虛擬環(huán)境可即時(shí)交互產(chǎn)生與真實(shí)世界一樣的感覺，幾乎可以忽略計(jì)算機(jī)的存在，其特點(diǎn)為： 虛擬環(huán)境中人的參與與反饋，認(rèn)識(shí)虛擬環(huán)境中的重要部分。 人人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性，虛擬環(huán)境能夠快速的響應(yīng)用戶的行為

3.構(gòu)想性。構(gòu)想性強(qiáng)是指在虛擬環(huán)境中，用戶可以根據(jù)所獲取的多種信息和自身在系統(tǒng)中的行為，通過聯(lián)想、推理和邏輯判斷等思維過程，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)變化對系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的未來進(jìn)展進(jìn)行想象，以獲取更多的知識(shí)，認(rèn)識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)深層次的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和規(guī)律性，進(jìn)而深化概念、產(chǎn)生新意和構(gòu)想，主動(dòng)地尋求、探索信息。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的整體發(fā)展形勢

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個(gè)階段：有聲形動(dòng)態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)思想的第一階段（1963年以前）；虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽為第二階段（1963-1989）；虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段（1990-2004 ）；虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用為第四階段（2004 - ）。自2015年11月開始，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在全球的關(guān)注度以極快的速度上漲，F(xiàn)acebook、Google、Microsoft、蘋果等國外巨頭已經(jīng)對VR進(jìn)行了全產(chǎn)業(yè)鏈布局，國內(nèi)企業(yè)如騰訊、阿里、華為等也開始將其業(yè)務(wù)與VR結(jié)合。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷完善和成熟，已被應(yīng)用到如教育培訓(xùn)、工業(yè)制造、智能醫(yī)療、房地產(chǎn)、城市規(guī)劃、電子商務(wù)等各行業(yè)領(lǐng)域。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合煙草行業(yè)應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煙草“智”造的應(yīng)用

煙草企業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其工業(yè)制造已步入中后期發(fā)展階段，信息化與工業(yè)化發(fā)展已經(jīng)具備在更高水平、更深層次和更大范圍上融合的基礎(chǔ)，也存在兩者相互促進(jìn)和融合的強(qiáng)烈內(nèi)在需求。根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及煙草制造應(yīng)用環(huán)境和對象的側(cè)重點(diǎn)不同，可將融合應(yīng)用分為二類：以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。

1.生產(chǎn)為中心的虛擬制造為生產(chǎn)工程師提供制造車間現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備全面虛擬化，并接入現(xiàn)有的ERP、EAM、物聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，用于分析改進(jìn)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的最優(yōu)。在企業(yè)資源全面可視化（如設(shè)備、人力、原材料等）的虛擬環(huán)境下，對生產(chǎn)流水線上的可生產(chǎn)性進(jìn)行分析與評價(jià)，在仿真環(huán)境下對制造資源和環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化組合，通過提供精確的生產(chǎn)成本信息數(shù)據(jù)對生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度進(jìn)行合理化決策。

2.控制為中心的虛擬制造提供從設(shè)計(jì)到制造一體化的虛擬環(huán)境，對全系統(tǒng)的控制模型及現(xiàn)實(shí)加工過程進(jìn)行仿真，允許評價(jià)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃和控制策略。以全局優(yōu)化和控制為目標(biāo)，對不同地域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、市場營銷、加工制造等，通過網(wǎng)絡(luò)加以連接和控制。

虛擬現(xiàn)實(shí)可視化煙草制造工廠如圖2所示。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)在煙草實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用

煙草傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)效率低、實(shí)訓(xùn)設(shè)備的缺乏、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容單一，是煙草行業(yè)開展煙草實(shí)訓(xùn)的重要障礙，特別是在為降低企業(yè)培訓(xùn)成本、減少工學(xué)矛盾，大力開展遠(yuǎn)程培訓(xùn)的情況下，更為技術(shù)技能類培訓(xùn)的實(shí)操訓(xùn)練帶來了困難。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則變革了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)方式，通過構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)煙草實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)，可以有效的解決這些問題。

1. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供豐富的、沉浸度高的人機(jī)交互手段，使得學(xué)員在近乎真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，每一位學(xué)員都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在自己方便的時(shí)間通過計(jì)算機(jī)自由地選擇適合的學(xué)習(xí)訓(xùn)練內(nèi)容，按照適合于自己的方式和速度進(jìn)行學(xué)習(xí)。由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險(xiǎn)，學(xué)員可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止，從而極大提高培訓(xùn)的效果。

2.各種生產(chǎn)設(shè)備、實(shí)訓(xùn)環(huán)境和操作過程虛擬化后，使大多數(shù)課程可以不用在真實(shí)場景中進(jìn)行，大多數(shù)的技能可以在虛擬實(shí)訓(xùn)車間中進(jìn)行訓(xùn)練，而不必購置昂貴的實(shí)訓(xùn)設(shè)備。在節(jié)約大量昂貴的儀器設(shè)備費(fèi)用的前提下，解決在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中因?yàn)樵O(shè)備、場地、經(jīng)費(fèi)等方面的原因而無法進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。同時(shí)虛擬實(shí)訓(xùn)又可避免實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損壞、訓(xùn)練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約成本。

3.將煙草實(shí)訓(xùn)內(nèi)容分類后建設(shè)相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)課件，把往常一些復(fù)雜的、抽象的的內(nèi)容，用交互性的方式表達(dá)出來，全方位、多角度地展示教學(xué)內(nèi)容。課件隨著實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的變革，同步進(jìn)行更新，最后匯總到煙草實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)中，各煙草企業(yè)分享實(shí)訓(xùn)課件及內(nèi)容，豐富了實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)在煙草物流的應(yīng)用

隨著煙草物流生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，整個(gè)物流系統(tǒng)越來越復(fù)雜、運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)奏越來越快、人員越來越少，管理者需要關(guān)注整個(gè)物流系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)，才能做到精益管理[4]。若僅靠 物流條線的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，或是經(jīng)驗(yàn)判斷來解決實(shí)際的物流問題，難免會(huì)造成分析不足、建設(shè)效率低下、投入費(fèi)用高等問題。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對煙草物流系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真實(shí)現(xiàn)。

1.信息與數(shù)據(jù)匯聚

將物流中心內(nèi)的出入庫信息、立庫信息、分揀信息、設(shè)備數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)資源匯聚到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上展示、體驗(yàn)和管理，打破各個(gè)現(xiàn)有系統(tǒng)間的壁壘，促進(jìn)物流中心的系統(tǒng)體系化和數(shù)據(jù)共享。

2.生產(chǎn)與管理融合

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支撐，不僅能把獨(dú)立的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)也能讓管理的決策與監(jiān)督直接到達(dá)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，真實(shí)呈現(xiàn)流水線數(shù)據(jù)情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，了解運(yùn)載車輛行進(jìn)路線。

3.在場與在線互通

充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)物流平臺(tái)，打破時(shí)間與空間的限制，使物流中心的現(xiàn)場生產(chǎn)者能隨時(shí)了解和掌握管理都的線上決策。同時(shí)，也能讓管理者通過在線服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)的管理，實(shí)現(xiàn)在場與在線互通。為物流的精益管理提供科學(xué)的決策支持，滿足了提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源、縮減勞動(dòng)力、減少廢品，提高運(yùn)輸效率等客觀要求。

煙草物流中心虛擬仿真平臺(tái)如圖3所示。

四、結(jié)束語

煙草是為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)的產(chǎn)業(yè)，目前，“互聯(lián)網(wǎng)+”正從理念轉(zhuǎn)向巨大的生產(chǎn)力，煙草行業(yè)不能被動(dòng)歸位于傳統(tǒng)制造業(yè)，必須關(guān)注新興技術(shù)和理念的影響。虛擬現(xiàn)實(shí)和煙草結(jié)合的應(yīng)用和發(fā)展改變了以往傳統(tǒng)煙草的對于生產(chǎn)、培訓(xùn)和物流等的方法策略，可以很好的提高整體行業(yè)效率，正是“互聯(lián)網(wǎng)+”煙草的巧妙結(jié)合方式之一。通過不斷的研究與探索，技術(shù)融合創(chuàng)新，定能向著全面增強(qiáng)中國煙草整體競爭實(shí)力的目標(biāo)邁進(jìn)。