VR技术在机械工业中的应用初探

潘冬玲

摘   要：随着虚拟现实技术的日渐成熟，曾经只能出现在电影里的黑科技—虚拟现实技术，已经融入机械工业当中。文章论述了虚拟现实技术的特点及优势，且对机械工业领域中的虚拟现实技术进行了探索。

关键词：虚拟现实技术;机械工业;应用

1    虚拟现实概述

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术产生于20世纪60年代，该技术涉及计算机图形学、传感器技术学、动力学、光学、人工智能等研究领域，是多媒体和三维技术发展的更高境界。采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生身临其境的感受和体验。

2    VR技术的主要特点

2.1  多感知性

VR技术能够实现多维感知。VR技术通过模拟环境除得到视觉感知和听觉感知外，还有力量感知、触觉感知、动态感知等，使用户沉浸于和真实世界相似的环境中。

2.2  存在感

VR技术是由计算机创建一个模拟环境，让用户通过设备作为主角置身于模拟环境中，通过优化模拟环境的真实度，让用户产生身临其境的感觉。

2.3  交互性

用户不仅可以和VR设备进行交互，还能感受到对物体的触动和物体的移动。

3    VR技术在机械工业领域的探索与应用

3.1  VR虚拟装配

在机械制造工业中，虚拟现实技术可以帮助企业观察产品以及产品被制造的过程。还可以对产品的模拟装配过程进行控制，系统在操作过程当中提供装配路径、装配约束处理、碰撞检测等功能，使用户可以对产品的可装配性进行分析，对产品零部件装配序列进行验证和规划。在装配结束后，系统可以提供装配过程的所有信息，并形成评审报告、视频录像等供用户分析使用。

3.2  VR虚拟设计

VR虚拟技术主要体现在产品的外形设计和产品的布局设计上。在产品外形设计中和传统的机械工业中，需要通过图纸设计、外形铸模、多次评测修改等大量步骤，需消耗大量的时间及金钱。采用虚拟设计不需要实体建模，可以简化不少工序，只根据计算机辅助设计/计算机辅助制造收集的机械产品数据库进行仿真，大大缩短了制造周期，减少人力成本和资源浪费。

3.3  VR维护

VR技术能够将设备的常用故障问题预设到系统中，当消费者使用的设备出现故障时，可以在VR系统中找到解决方案。面向工业设备维修的VR智能眼镜，可通过VR技术显示解决设备故障的具体操作步骤，甚至详细到准确说明如何拆卸零部件。同时，通过内置耳机，维修人员能听到每一个操作步骤的语音提示。并且，VR技术与数据分析相结合，可以轻松判断哪些设备运转正常，实现预防性的设备维护。

3.4  数据可视化

虚拟现实技术提供了对工业机械设备的监控和协作的新方法。利用VR技术可以让用户在中央控制室中就能对整个工厂设备进行可视化监控，所有数据都能以多角度显示。另外，用户可以通过虚拟技术将设备动作轨迹进行动态演示，让管理者对生产设备设置有科学的参考。

3.5  VR虚拟培训

虚拟培训让学员在上岗前就能熟悉整个工厂的环境，并能在虚拟工厂中进行机械操作训练、零部件的拆卸和重新装配训练。在安全生产和突发安全事故应对上，利用VR技术能够将事故重现，进而科学地引导用户进行应急处置。

3.6  工厂规划

工厂规划是一个庞大的项目，涉及多个设计团队，包括工厂建设、控制系统和子系统。利用虚拟现实技术创建一个虚拟世界，让所有设计都具体呈现，简化设计组之间的协作。通过佩戴VR头显，人们便可以从各个角度观察整个工厂，也可以步入各个楼层查看设备和管网布置细节。一方面，设计师可以自己从场景的感知中了解、发现设计上的不足。另一方面，可以联合多部门对设计进行综合评审，让相关成员在虚拟环境中感受到真实的建筑空间，从而作出自己的评判。

3.7  协同办公

大众集团就开发了一套应用于汽车生产和协调工作的VR系统。允许多用户共同构建应用程序，支持大众来自全球的员工联网，进行实时的在线协同工作。员工可在虚拟环境中获得与实际生产线一样的作业培训。

在VR工业领域，汇利伟业公司推出了VR远程多人交互和VR物联网技术，让身处异地的员工可以在VR车间中一起办公。从控制机械设备的作业状态到可视化监测工况数据，具有完整生产系统的VR工厂仿佛就在眼前。

4    VR技术优点及存在问题

4.1  VR技术优点

（1）高效性 。VR提供了一种全新的场景式学习方式，而这种学习方式能够大大提升体验者的学习效率以及记忆的留存率。

（2）真实性。不仅仅是通过建模呈现一些平常难以看到的机械位置，也可以通过录制设备真实运转的VR全景视频，真正身临其境地观察体验。

（3）深入性。客户通过VR技术里的精准建模和特效渲染技术，不止看到机械设备生产中运转的过程，还可以看见在设备内部运转过程的技术细节、设备运用的工艺以及具有技术特点的零部件。

（4）便携性。随着5G技术的普及，云计算的发展，VR设备将越来越轻，只需要把设备安装在一台VR头盔上，就能够进行简单但全面的设备展示。

4.2   VR技术在应用中存在问题

当前VR技术的确取得了一定的进展，产业前景也比较诱人，但不可否认的是，硬件方面 设备价格过于昂贵，仍存在令使用体验大打折扣的问题。软件方面存在语言专业性较强，通用性和易用性较差的问题。软件和内容的数量与质量也都存在较大欠缺，VR的快速发展需要整个产业链的成熟。在这样的背景下，还需要开发商们下一番工夫。

5    结语

在如今的机械工业领域，VR改变了传统的人机接口模式，为人类进入计算机的虚拟世界提供了可能。由于VR技术的运用使企业的生产高度柔性化，同时，具有快速的市场反应能力，增强了市场竞争力。VR技术将以自身独有的特性给世界带来全新的驱动力量。

[参考文献]

[1]潘志庚，丁宏.虚拟现实及其在工业中的应用[J].杭州电子工業学院学报，2002（3）：31-33.