虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）在工程機械領域的發展與研究

李君強

[摘 要]近年來，隨著VR、AR技術快速發展，相關技術運用到生產生活中逐漸為大眾所熟知。工程機械作為施工建筑的專業設備，隨著時代的發展進步需要新興技術來提升性能和效率。文章通過介紹VR、AR技術及其特點，并介紹了VR、AR技術在工程機械行業的實際使用情況及其發展趨勢。

[關鍵詞]VR、AR技術;應用場景;工程機械

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2020.15.171 隨著虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）的發展和完善，這類技術手段可以在工程機械企業的研發、生產、培訓和營銷等各個環節上解決相關問題，同時快速建立企業和客戶之間的聯系，幫助客戶解決工程機械在施工現場的問題。

1 虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）

虛擬現實技術（VR），是指通過電腦建立一個虛擬空間環境，通過視覺、觸覺等多種感知方式進行實時模擬交互。虛擬環境是指利用計算機圖形系統和各種顯示及控制等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環境。

增強現實技術（AR），是將現實環境世界和虛擬信息集成一體的新技術，通過電腦合成技術，將虛擬的信息加載到真實圖像世界，通過人類感官接收信息，達到超越現實的感官體驗。通過真實環境和虛擬信息實時地加載到了圖像畫面。

2 虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）的發展情況

經過幾十年的發展，VR、AR在技術上已經越來越成熟，在一些電影和動漫中，可以看到曾是幻想式的科技場景如今因為AR技術的出現變得不再不可能，如名偵探柯南的眼鏡可以獲取實景信息并幫助人物分析現場情況。現實生活中，VR、AR技術在機械、醫療、建筑、汽車、教育等領域也都有了一些應用產品，且其數量和種類逐年增長。

2018年4月，蘋果公司研發的最新專利，名為“基于立體成像的自適應交通工具增強現實顯示技術”。蘋果自動駕駛技術結合AR、VR技術，如圖1所示。駕駛員可以通過相關設備技術看到車輛的視覺盲區。自動駕駛汽車的AR控制系統，可以將車輛行駛過程中采集的數據信息和來自云端中的3D信息進行分析判斷，提供更加豐富及時的路況信息數據，幫助自動駕駛系統進行決策。

另外，車輛的行駛信息可放映到汽車擋風玻璃上，讓乘客查看。在無人駕駛環境中，云端將儲存的地理數據信息建立3D模型，包括道路、樓房、加油站等數據。而AR技術系統，通過自動駕駛汽車的傳感器、激光雷達采集到的路況信息與3D模型信息進行匯總分析，使駕駛員在車輛行駛過程中對實時路況掌握得更加精確和全面。

汽車駕駛應用VR/AR技術是汽車行業的其中一個環節，VR/AR技術可用于汽車領域的各個環節，新技術的應用是汽車產業的全新變革。

3 虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）在工程機械領域的發展

VR和AR技術不僅在汽車行業有所突破與發展，在工程機械方面也有所運用和發展。在施工現場，復雜工程機械設備因機器故障導致設備停機，工期延遲，導致經濟損失。利用遠程實現實時監控，共享設備維護運轉等專業知識，可以幫助工人修理和進行故障排除、保養維護等問題。VR（虛擬現實技術）和AR（增強現實技術）可以幫助解決可視化指導操作的一系列問題。同時，這種技術可以進行設備使用的操作指導或解決設備問題的技術支持，確保設備正常運轉。

Scope AR是一家基于Qualcomm Vuforia平臺提供增強現實智能指令和支持視頻通話的系統方案供應商，其VR和AR技術在工程機械中的智能管理如圖2所示。他們通過該平臺為客戶提供培訓、維護、遠程協助、評估、品控及診斷等全套服務。通過增強現實技術（AR）疊加動畫說明，工人高效地學習工作程序，同時可精準、安全地進行工作。

卡特彼勒公司對外宣布其CAT LIVESHARE軟件平臺的應用前景，通過該平臺可增強現實視頻通信，為其使用方進行實時遠程支持、培訓指導和設備保養，同時，通過虛擬現實設備建立虛擬工廠，對卡特彼勒的產品和廠房設計模型進行數字化模擬仿真，使工程師能夠身臨其境地對產品的外觀、內飾、各零部件進行虛擬驗證，或優化工廠功能布局和生產制造流程。

目前，卡特彼勒的設計已經充分應用了研發虛擬現實技術，提升研發效率，降低生產成本，縮短研發周期，提高產品的穩定性。

4 虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）在工程機械領域的應用范圍

4.1 VR、AR虛擬裝配、生產線應用

在機械制造中，通過零部件組裝成產品，到最后裝配時才發現相關的設計問題，例如機械產品配合、設計結構的錯誤，造成廢品的產生，交貨期延誤，企業蒙受經濟損失。采用VR技術建立虛擬零部件進行裝配，用戶可以進行產品的模擬裝配過程，在虛擬裝配過程中檢查零部件的設計，裝配過程是否產生干涉情況，對零部件設計圖進行修改。

VR技術應用在產品生產中，能夠提高設計水平，提升企業生產效率，縮短生產周期，降低生產成本。VR技術的運用使得企業提高市場反應能力，生產環節加強柔性化。同時，AR技術能夠把培訓、遠程通信轉至生產一線，提高生產一線的工作效率，降低生產成本。在今后，隨著AR、VR技術的不斷完善發展，工程機械生產與AR、VR技術的聯系更緊密。

4.2 VR、AR在工程機械設備維修中的應用

工程機械設備維修中使用AR技術，提高維修效率。利用針對機械設備維修的AR智能眼鏡查看設備故障維修的具體操作步驟。同時，通過智能眼鏡通信系統，幫助維修人員進行維修操作指導。因此，工作經驗不錯的維修人員，也可以在系統幫助下完成維修維護任務，也可保證操作過程的標準化和規范化。AR技術與設備系統監控數據分析，可分別判別機械設備是否運轉正常，故障問題分析排除，實現設備穩定的使用。

4.3 VR、AR技術在工程機械行業中的營銷優勢

當前，專業設備制造企業已經部分應用VR、AR技術，把產品的外形、材質、零部件和內部構造以及機械的設計原理、工作過程、性能特征、使用方式等，通過虛擬三維影像呈現出來，如圖3所示。隨著VR、AR技術的普及，各大工程機械公司已經廣泛應用。

利用VR技術，客戶無死角地了解產品的內部構造和設備使用方法等。同時，還能把設備的檢修保養、故障判斷維護教程指導客戶學習使用，這樣可以保證設備正常運行，還能更便捷地維修設備，大大地增加了客戶的購買欲望。

對工程機械設備企業而言，應用VR技術之后，展會、推行環節時，通過VR、AR技術加強客戶對產品的了解，減少設備轉運、布展等成本的付出。

5 結論

隨著以智能制造為核心發展的第四次工業革命，主要圍繞“智能工廠”的建設和“智能生產”的格局，可涉及整個工程機械企業的物聯網、人工智能、人機交互、AR/VR等新技術在企業研發、生產、制造、營銷過程中的各個方面，為企業和用戶提供依托于AR、VR技術的遠程協作、培訓指導、維修保養、安全預警等功能，降低人力、物力等各方面企業成本。同時，以便進行設備維護支持，VR、AR技術會集成到工程機械設備的后市場中。這將為更方便服務于使用者，促進服務的提升，提高品牌影響力，更好地了解終端用戶的使用情況，提升產品的質量，為企業和用戶創造更大的價值。

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