虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有望成為未來創(chuàng)新制造業(yè)發(fā)展模式

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是重要的新興信息技術(shù)，與制造業(yè)融合發(fā)展的前景廣闊，有望成為未來創(chuàng)新制造業(yè)發(fā)展模式、提升制造業(yè)競爭力的新工具、新動(dòng)力。

要推進(jìn)制造強(qiáng)國戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，離不開新一代信息技術(shù)的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，給制造業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、銷售服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新發(fā)展提供了新工具、新方法，也為兩化深度融合帶來了新抓手、新動(dòng)力。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展，制造業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用案例不斷涌現(xiàn)，以中國一拖集團(tuán)有限公司(簡稱：一拖集團(tuán))為例，該公司應(yīng)用本土企業(yè)曼恒數(shù)字研發(fā)的“數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)”，打造出虛擬裝配車間，可實(shí)現(xiàn)360度內(nèi)部全景漫游，為我國大型農(nóng)業(yè)裝備制造行業(yè)發(fā)展注入了新鮮血液和強(qiáng)大力量。我國必須把握機(jī)遇，加大對這一技術(shù)的推動(dòng)力度，助力制造業(yè)朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向轉(zhuǎn)型升級。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以展現(xiàn)產(chǎn)品的立體面貌，使研發(fā)人員能夠全方位構(gòu)思產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)、模具及零部件配件使用方案。特別是在飛機(jī)、汽車等大型裝備產(chǎn)品的研制過程中，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能大幅提升對空氣動(dòng)力學(xué)的把握和產(chǎn)品性能的精準(zhǔn)性。波音公司將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于777型和787型飛機(jī)的設(shè)計(jì)上，通過虛擬現(xiàn)實(shí)的投射和動(dòng)作捕捉技術(shù)，完成了對飛機(jī)外型、結(jié)構(gòu)、性能的設(shè)計(jì)，所得到的方案與實(shí)際飛機(jī)的偏差小于千分之一英寸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)的波音777飛機(jī)，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤修改量減少了90%、研發(fā)周期縮短了50%、成本降低了60%。

在裝配環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前主要應(yīng)用于精密加工和大型裝備產(chǎn)品制造領(lǐng)域，通過高精度設(shè)備、精密測量、精密伺服系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的協(xié)同，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)致均勻的工件材質(zhì)、恒溫恒濕潔凈防震的加工環(huán)境，以及系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差極低的加工系統(tǒng)間的精準(zhǔn)配合，從而提高裝備效率和質(zhì)量。一拖集團(tuán)應(yīng)用本土企業(yè)曼恒數(shù)字研發(fā)的“數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)”，打造出虛擬裝配車間，可實(shí)現(xiàn)360度內(nèi)部全景漫游，既能多角度觀察每個(gè)裝配工位，又能精準(zhǔn)跟蹤裝配工件的生產(chǎn)工藝流程，為我國大型農(nóng)業(yè)裝備制造行業(yè)發(fā)展注入了新鮮血液和強(qiáng)大力量。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的檢修工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)從出廠前到銷售后的全流程檢測，并突破空間限制、縮短時(shí)間需要，提高服務(wù)效率、拓展服務(wù)內(nèi)容、提升服務(wù)質(zhì)量，將制造業(yè)服務(wù)化推向新的階段。例如，美國福特公司聯(lián)合克萊斯勒公司與IBM合作開發(fā)了應(yīng)用于汽車制造的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，在汽車出廠前就可檢驗(yàn)其存在的設(shè)計(jì)缺陷，并輔助修正，大大縮短了新車研發(fā)周期。未來，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將幫助實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、預(yù)判性的監(jiān)測維修服務(wù)。

在復(fù)雜的、高精度的制造環(huán)境中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)，能夠立體展現(xiàn)制造場景，幫助學(xué)員通過全方位的感知體驗(yàn)，獲取高仿真的、可重復(fù)的、低風(fēng)險(xiǎn)的制造工藝學(xué)習(xí)體驗(yàn)。與航空業(yè)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)模擬駕駛室訓(xùn)練宇航員的經(jīng)歷相似，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬培訓(xùn)基地，有利于制造業(yè)從業(yè)人員提前熟悉制造場景、提升應(yīng)用技能。當(dāng)前，已有許多國內(nèi)外企業(yè)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展培訓(xùn)工作。例如，英國皇家裝甲公司采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對14.5噸的新型車輛進(jìn)行車輛訓(xùn)練模擬，實(shí)現(xiàn)了對專用車型駕駛員的操作培訓(xùn)。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

從應(yīng)用基礎(chǔ)看，我國在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域已經(jīng)形成一批科研成果，為在制造業(yè)推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。北京航空航天大學(xué)和一汽公司合作開發(fā)的板料成形軟件，基本能夠模擬車門等復(fù)雜覆蓋件的沖壓成型過程;沈陽鑄造研究所開發(fā)的電渣熔鑄工藝模擬軟件已經(jīng)應(yīng)用在水輪機(jī)組葉片曲面造型中;合肥工業(yè)大學(xué)開發(fā)研制的雙刀架數(shù)控車加工模擬已應(yīng)用于馬鞍山鋼鐵車輪輪箍廠。

從應(yīng)用實(shí)踐看，我國已在航天、航空、汽車等高端制造領(lǐng)域初步應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。中國商飛研發(fā)出虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，用于新型民機(jī)的預(yù)先研究評估和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān);一汽、二汽、上汽等汽車公司運(yùn)用UG、CATIA、PRO-E等三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)已積累多年的經(jīng)驗(yàn)，具備了應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)所需的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)看，我國制造業(yè)規(guī)模位居全球第一，規(guī)模以上制造企業(yè)數(shù)量超過32萬家，產(chǎn)業(yè)門類齊全、產(chǎn)品種類豐富，產(chǎn)業(yè)體系健全，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用場景豐富，空間廣大。

從政策環(huán)境看，《中國制造2025》和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)等戰(zhàn)略的相繼出臺(tái)，以及國家剛剛提出的推動(dòng)《中國制造2025》與“互聯(lián)網(wǎng)+”融合發(fā)展計(jì)劃，都體現(xiàn)了對智能制造和協(xié)同制造發(fā)展的重要支持，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是其中的重要技術(shù)支撐。近期發(fā)布的智能制造試點(diǎn)示范2016專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案等文件，也進(jìn)一步明確了虛擬現(xiàn)實(shí)在制造業(yè)發(fā)展中的重要意義。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于發(fā)展與應(yīng)用的孕育期，在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)尚不充足，兩者融合發(fā)展還面臨一些問題。

一是應(yīng)用場景和應(yīng)用路徑尚不清晰。國內(nèi)企業(yè)對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征、應(yīng)用方法等缺乏基本了解與整體把握，對制造業(yè)各環(huán)節(jié)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)尚不清晰，加之應(yīng)用場景設(shè)計(jì)缺失，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，難以對工業(yè)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合應(yīng)用形成明確的產(chǎn)業(yè)化引導(dǎo)，從而制約了應(yīng)用范圍的拓展。

二是我國制造業(yè)自身發(fā)展層級不高，致使新技術(shù)應(yīng)用的效率成本難以平衡。目前應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的企業(yè)主要集中于航空、汽車、儀器儀表等高端制造行業(yè)，以及原型設(shè)計(jì)、精密加工等高端制造環(huán)節(jié)。我國的低端加工制造占比較大，進(jìn)入高端制造的行業(yè)和企業(yè)不多，涉及制造前端原型樣機(jī)設(shè)計(jì)、流程仿真的屈指可數(shù)，導(dǎo)致企業(yè)的應(yīng)用能力不足、應(yīng)用意愿不強(qiáng)。

三是虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)應(yīng)用的供應(yīng)鏈短板依然明顯。除了在虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)主控芯片、光學(xué)器件、高端傳感器等方面存在共性短板外，國內(nèi)面向工業(yè)制造的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、操作維修、仿真訓(xùn)練等虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容和應(yīng)用供應(yīng)嚴(yán)重匱乏，缺乏應(yīng)用開發(fā)工具和開發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)集成能力不強(qiáng)。供應(yīng)鏈的短板加大了行業(yè)融合應(yīng)用的成本，延緩了推廣進(jìn)程。

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的措施和建議

強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，面向行業(yè)需求規(guī)劃應(yīng)用路徑。結(jié)合《中國制造2025》的實(shí)施，從高端制造行業(yè)和重點(diǎn)環(huán)節(jié)入手，定義和構(gòu)建若干典型應(yīng)用場景，明確應(yīng)用需求。引導(dǎo)制造企業(yè)從現(xiàn)有基礎(chǔ)和實(shí)際出發(fā)，分步、有序地推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造領(lǐng)域的融合應(yīng)用。第一，推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)研發(fā)、檢測維護(hù)、操作培訓(xùn)、營銷展示等環(huán)節(jié)的應(yīng)用，提升輔助設(shè)計(jì)能力和制造服務(wù)化水平。第二，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于協(xié)同制造、遠(yuǎn)程協(xié)作等方面，建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗(yàn)、設(shè)備狀態(tài)、物料傳送等生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的可視化管理，提高制造執(zhí)行、過程控制的精確化程度。第三，推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)在產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)和企業(yè)管理各方面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化，推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質(zhì)量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。

加強(qiáng)重點(diǎn)攻關(guān)，盡快突破行業(yè)應(yīng)用技術(shù)瓶頸。聚焦制造領(lǐng)域典型應(yīng)用，布局關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)攻關(guān)，突破工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息三維空間的注冊定位、建模、搜索、顯示與交互等核心技術(shù)，提升工業(yè)級虛擬現(xiàn)實(shí)主控芯片、微顯示器、高端傳感器供應(yīng)能力，加快虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配制造、虛擬檢測維修、虛擬培訓(xùn)等工業(yè)軟件及工具包的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，構(gòu)筑工業(yè)大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的智能服務(wù)云平臺(tái)，提升產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和融合創(chuàng)新能力。

制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展行業(yè)應(yīng)用聯(lián)合測試驗(yàn)證。構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的信息物理系統(tǒng)參考模型和綜合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，推動(dòng)工業(yè)級虛擬現(xiàn)實(shí)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、產(chǎn)品之間標(biāo)識(shí)解析、數(shù)據(jù)交換、安全通信等標(biāo)準(zhǔn)的制定。建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用測試驗(yàn)證平臺(tái)和綜合驗(yàn)證試驗(yàn)床，開展兼容適配、互聯(lián)互通和互操作等測試驗(yàn)證。

推進(jìn)試點(diǎn)示范，擴(kuò)大行業(yè)應(yīng)用范圍和影響力。面向汽車、鋼鐵、高端裝備制造等重點(diǎn)行業(yè)，設(shè)立若干基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能制造應(yīng)用示范區(qū)，打造智能制造單元、智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠，通過應(yīng)用驗(yàn)證反饋完善系統(tǒng)功能。培育一批系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，組織開展行業(yè)系統(tǒng)解決方案應(yīng)用試點(diǎn)，為中小企業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的系統(tǒng)解決方案。組織成立虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用推進(jìn)聯(lián)盟，推廣宣傳典型示范案例，提高相關(guān)企業(yè)、產(chǎn)品和品牌影響力，進(jìn)一步推動(dòng)其市場化應(yīng)用。