AR和VR的未来——增强现实和虚拟现实助力制造业的7种方式
通过增强现实(AR)和虚拟现实(VR)技术，有助于制造企业提高培训能力、增加工厂可见性和故障排除能力。同时，在设计、装配、质量和安全等方面也可以获得提升。
增 强现实(AR) 和虚拟现实(VR) 的应用，使制造商能够深入了解设备状况、产品模型以及其它方面的信息，改善运营和工艺过程效率，提高产品质量，并缩短上市时间。这些技术利用传感器、相机、智能设备和可穿戴设备以及其它工业物联网(IIoT) 工具，让培训变得更加容易，因为工人可以在机器前面获得视觉和实践经验，从而更有效的改善装配和维护。
例如，在飞机装配中，通过AR 设备显示出的零部件图像，可包括规格、螺栓、电缆和零件编号等信息，工程师只需遵循操作指导，即可准确组装复杂的重型机械。在飞机制造培训设施中，这项技术使工程师能够将生产率提高30%。
VR 仿真培训计划可帮助新员工学习复杂的工艺流程，同时将自己沉浸到实际设施的三维动画复制模型中。与以往依靠讲师或基于阅读的培训方法相比，该方法效果更佳，对更习惯VR 环境的下一代工人而言更是如此。在一家石油公司的设施培训中，使用VR 仿真来培训直升机飞行员，使其能够在近海石油平台上安全降落，帮助该公司节省了200 万美元的物流费用。培训期间所学习的信息，75% 以上都被员工记住了。
AR 和VR 为制造业带来的变革
AR 和VR 能颠覆制造业的传统培训方法，预计在未来10 年内，可能会有几百万的技术工人退休，制造企业需要用AR 和VR 来培训新员工，维持工厂的正常运转。
此外，制造商还可以利用AR 和VR 功能，在工厂车间开展多种运营活动，包括：
1. 设计改进
AR 和VR 可以通过催化产品设计改进过程，顺利过渡到个性化和以客户为中心的生产。再加上数字化双胞胎和I IoT，AR 的叠加功能和VR 的听觉、视觉和触觉仿真功能，使产品设计工程师能够制造、研究和测试虚拟样机。
汽车行业正对AR 和VR 投入大量资金，以改进产品设计。配置VR 的三维可视化软件，可帮助原始设备制造商(OEM) 降低原型成本，并增强设计评审流程及其反馈。这反过来又会缩短产品的生命周期，加快产品上市时间。
2. 复杂装配
除了飞机装配培训外，工程师还可使用AR 驱动的工人指导系统，简化智能工厂的定制产品开发。该系统将人工智能和其它检测组件与高流明工业强度投影仪和扭矩枪相结合，能够在第一时间确保产品生产没有错误。在航空领域，配备了AR 的智能眼镜，使技术人员能够在商用飞机上精确组装和安装机舱。头盔上安装的摄像头，可以扫描条形码，技术人可用其读取机舱信息，观察设计布局，显示被标记为 “增强”的项目。标记过程允许技术人员确认标记位置，定位精度可以达到毫米级。
3. 质量保证
AR 在实际制造或组装产品的质量控制方面，发挥着不可或缺的作用。汽车和航空航天行业已经开始利用配合AR 的眼镜和平板电脑，来检查第三方供应商供应部件的质量，以及在装配线上不同部件的位置。
AR 技术可以用于组装部件的工人指导系统， 也可以用于确保产品质量。将AR 辅助工具与工业相机和大功率投影仪相结合，直接在工作面上显示基本信息。由此产生的数字画布，使技术人员能够验证、确认装配顺序并制造零件。一些OEM 和汽车制造公司采用光导系统来代替传统的工作指令后，误差减少了90%，周期时间减少了40% 至50%。
4. 维护提升
维护人员利用AR 覆盖显示来查看机器状况，以便在人工介入解决之前检测到问题。在一个实例中，通过AR 耳机来指导生产线上的技术人员，使技术人员在风力涡轮机控制箱接线时，效率提升34%。
最近，基于AR 的维护软件的一项创新，进一步使技术人员能够跟踪覆盖层的位置，以便当用户移动平板电脑时内容不会丢失。
5. 专家支持
使用AR 和VR 解决方案的远程协助，使不同地区的人员能够协同工作，以便于快速排除故障和解决问题。通过物联网(IoT) 和支持语音的AR 眼镜，美国的技术问题可以通过与中国的工程师合作来解决，从而降低了差旅成本，并加快了解决问题的过程。
此外，具有视觉和触觉功能的AR，可用于远程操作机器人，以便于执行危险环境下的任务。这种远程操作系统，使工程师能够沉浸在现场环境中，然后控制机器人运动，如现场焊接或部件组装。
6. 安全
使用VR 技术可实现对危险环境的远程监控，并通过支持AR 的平板电脑部署维护工作，这使得工程师能够顺利执行安全标准。一家领先的煤矿公司，部署了AR 系统，用于长壁设备、带式输送机和装载机的维护规划。该系统使用三维模拟图像，来虚拟再现采矿工况和场景，例如地下岩石坠落等情况。它让用户沉浸在体验中，从而促进性能提升，确保遵守安全标准。
在另一个案例中， 汽车OEM 厂商利用虚拟制造技术，设计了一个安全、高效的工作环境。采用沉浸式VR，以及三维打印和全身运动捕捉，使员工受伤减少了70%，人体工程学问题减少了90%。
7. 智能仓储
通过提高完成订单的精度和速度，智能仓储颠覆了传统的配送物流行业。利用AR 技术可以实现更有效地标记、编码和货流管理。现在，由于传感器的价格很多都低于10 美元，而且蜂窝网络也无处不在，这都扩大了物联网的机会，货运处理过程变得更加系统化，从而实现了精准的拾取和包装。有数据显示，使用AR的仓库，工人操作的精度提高了300%，绩效提高了30%。
AR和VR的未来
AR 和VR 正与物联网融合到混合现实(MR) 中，以提供更无缝、更现实的体验。目前正在进行的研发，致力于将AR、VR 和MR设备小型化，开发新的供电管理系统，延长待机时间，并提高组件的灵活性，使其能够在低温、高温以及海洋等各种环境下使用。
距离5G 移动网络的大规模部署只剩两年不到的时间，到那时，企业就可以大幅降低大规模部署AR 和VR 所产生的移动连接成本。以80 到100Mbit/s 的速度，使用HMD 流的高清360 度VR 体验，这意味着需要前所未有的数据量才能在网络上高速运行AR 和VR 应用。虽然目前设备成本高达3,000 美元，但积极的创新生态系统最终将有助于降低设备和技术成本，从而实现大规模的应用。
关键概念
■ AR和VR有助于产品设计、维护、质量和安全；
■利用混合现实应用程序，将会为企业带来更多的效益。
思考一下
AR和VR应用程序，可为您的企业带来哪些效益？
-完-
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年03月刊《封面故事》栏目，原标题为：增强现实和虚拟现实助力制造业的7种方式
本期杂志封面
想要免费阅读每期杂志内容，请查阅《控制工程中文版》微信订阅号自定义菜单。