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OEM廠商把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于制造開發(fā)

主要的OEM廠商都在一些不同的場合使用虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）系統(tǒng)來支持他們的制造研發(fā)工作。其中包括，奧迪、寶馬、奔馳和沃爾沃……

奧迪是這項技術(shù)的早期采用者之一，目前正在測試用于評估新車型設(shè)計的VR "holodeck"。

正如奧迪生產(chǎn)實驗室的VR專家Jens Angerer所解釋的那樣，holodeck是由一個巨大的可以自由活動的虛擬環(huán)境組成，其中包含能夠讓開發(fā)工程師和生產(chǎn)專家 "在早期階段獲得新車型的整體效果及其真實比例"的汽車的三維圖像。Angerer觀察到，使用這套系統(tǒng)，奧迪可以減少復(fù)雜的物理測試模型的數(shù)量，節(jié)省開發(fā)時間和成本。

"為了確保生產(chǎn)時所有的A級曲面符合設(shè)計和質(zhì)量要求，在開發(fā)階段我們會對汽車的工程數(shù)據(jù)反復(fù)進行評估。在早期階段，VR可以幫助我們以小成本、高處置的方式獲得汽車的比例模型。"他說。

"在后期詳細評審階段，現(xiàn)今的技術(shù)所呈現(xiàn)的視覺質(zhì)量不高；但VR可以讓我們從客戶的角度觀看汽車，從而保證我們的決策和客戶是一致的。"他補充道。

今年將與奧迪R8一起在B?llinger H?fe下線的e-tron GT車型也使用了VR進行裝配流程測試。作為試點項目的一部分，奧迪Neckarsulm工廠的物流規(guī)劃人員目前正在測試如何在不需要任何物理原型的情況下對特殊包裝箱進行規(guī)劃并在虛擬環(huán)境下完成測試。

Angerer介紹，通過使用VR眼鏡和控制主機以及專業(yè)的VR軟件可以進行規(guī)劃，該軟件通過360°掃描來展現(xiàn)虛擬空間的三維室內(nèi)地圖。

"我們需要定制一些包裝箱用來盛放敏感部件，如電氣、前燈或擋風(fēng)玻璃等。在制定計劃時也將需要付出相應(yīng)的成本，而使用VR進行特殊包裝箱研發(fā)的成本更低，對環(huán)境也更好。"他解釋說。

盡管Angerer指出，VR對奧迪來說 "并不是一項新技術(shù)"，在過去二十多年里奧迪在多個不同領(lǐng)域?qū)AVE用于支持其工程、制造和產(chǎn)品質(zhì)量保證。他透露，近年來大眾集團已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用低成本多動能的HMD（頭盔顯示）設(shè)備。

"如今，大眾集團采用HTC Vive Pro作為主要HMD設(shè)備，確保開發(fā)過程中的兼容性以及操作和使用過程中的可靠性?？梢愿鶕?jù)各個項目的需求進行增強或調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)。"他說。

02

虛擬裝配驗證

梅賽德斯-奔馳使用該技術(shù)打造了一個 "虛擬裝配站"。梅賽德斯-奔馳汽車公司發(fā)言人、全球商業(yè)傳播部Tobias Brandstetter解釋道，該裝配站的工作方式類似于帶有運動控制功能的電子游戲機，通過虛擬人進行虛擬裝配，"用來測試后續(xù)的裝配過程"。

在這個過程中，員工站在數(shù)字地板上，可以看到在兩面?zhèn)饶簧系呐c自己同步的虛擬人物。通過虛擬現(xiàn)實眼鏡，員工能夠看到真實的車輛，并可以測試裝配情況。

"一個部件應(yīng)該從哪邊安裝更好，從左邊，還是從右邊？這個位置對于裝配站的員工來說，是符合人體工程學(xué)的舒適度，還是長期下去造成勞累？通過測試運行虛擬人，經(jīng)驗豐富的員工可以評估如何更有效地配置日常工作流程。"他說。

通過這樣的方式，梅德賽斯-奔馳能夠在批量生產(chǎn)前兩年就使用VR來檢查重要的裝配步驟。根據(jù)Brandstetter的說法，將虛擬裝配與汽車的設(shè)計結(jié)合起來使用，還可以 "同時有效地規(guī)劃和優(yōu)化生產(chǎn)，兼具人體工程學(xué)因素"。

"在第一個硬件制造之前，就已經(jīng)確定了對規(guī)劃的必要調(diào)整。使用VR不僅可以事先檢查裝配流程，還可以對每個裝配工位的整個設(shè)置進行虛擬檢查，包括所有貨架和可用工具。"他指出。

"目前我們還在研究其他應(yīng)用，比如增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實的整合。"他補充道。

03

三維數(shù)字化工廠

另一個較早在汽車制造業(yè)中使用VR和AR的先驅(qū)是寶馬。這家德國OEM制造商將VR技術(shù)用于虛擬規(guī)劃活動，如虛擬樣板工程和工廠規(guī)劃，包括場地規(guī)劃--以及3D數(shù)字化作為收集現(xiàn)有工廠結(jié)構(gòu)的精確3D模型的工具。

與 "數(shù)字化 "的其他領(lǐng)域一樣，寶馬集團虛擬規(guī)劃與調(diào)試集群經(jīng)理Matthias Schindler透露，寶馬通常會采用知名供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件解決方案以"確保其應(yīng)用具有成本效益、可靠并適用于大量用例"。例如，目前使用包括HTC Vive（與高性能計算機一起用于VR應(yīng)用），以及微軟HoloLens和 "其他智能眼鏡 "用于AR相關(guān)應(yīng)用。

"新的數(shù)字解決方案的一大動機是減少工廠的停機時間，以及制造資源的任何計劃內(nèi)或計劃外的停滯。VR已經(jīng)得到證明，可以減少真實工廠中計劃所需的時間，重要的是，可以整合新的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，"Schindler說。

例如，近寶馬使用虛擬紙板工程的3D數(shù)字化也說明這種潛力，Schindler估計只需要大約30分鐘的，而不是 "封鎖特定區(qū)域，在生產(chǎn)現(xiàn)場工作三四天"。

"使用VR不僅可以事先檢查裝配流程，還可以對每個裝配工位的包括所有貨架和可用工具在內(nèi)的整個設(shè)置進行虛擬檢查。"

"新產(chǎn)品功能，特別是電氣傳動系統(tǒng)和部件，也必須在產(chǎn)品開發(fā)過程的早期進行分析，而虛擬化將工廠“帶到”了設(shè)計師和生產(chǎn)工程師面前。三維可視化還有助于提高生產(chǎn)概念在實施之前的成熟度，因為錯誤可能在很早階段就已經(jīng)很明顯了，"他觀察到。

04

XR混合現(xiàn)實體驗

自2018年以來，沃爾沃一直在其工作流程中使用Varjo（總部位于赫爾辛基的技術(shù)公司）的新型混合現(xiàn)實頭盔?；赬R-1設(shè)計原型，沃爾沃將逼真的虛擬元素添加到汽車內(nèi)部，使設(shè)計師能夠在未來的汽車制造之前進行設(shè)計研究，甚至在試車場上試駕新的設(shè)計。

"沉浸式設(shè)計和用戶研究用例包括測試新的頭盔顯示系統(tǒng)以及信息娛樂和主動安全系統(tǒng)。此外，還能夠?qū)⑵涫褂梅秶鷶U展到駕駛場景，駕駛員在駕駛汽車時能看到周圍的場景，如虛擬麋鹿。"Varjo混合現(xiàn)實產(chǎn)品經(jīng)理Marcus Olsson解釋道。

"沃爾沃的設(shè)計師不再需要等到實際的概念內(nèi)飾模型制作出來后才能得到反饋。相反，他們可以在更早的階段得到輸入，迅速做出調(diào)整，并在不同的環(huán)境中看到新設(shè)計的效果；例如，在陽光明媚的天氣、樹下或陰天里的效果。他補充說：“他們可以盡可能多地保留現(xiàn)實，如真實的道路、自然環(huán)境、路標(biāo)等，只替換他們想要評估的部件，例如新的顯示器或內(nèi)飾?！?/p>

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VR沉浸式頭盔在虛擬駕駛中的應(yīng)用

在Olsson看來，這種方法的關(guān)鍵好處是，沃爾沃汽車公司 "能夠快速迭代設(shè)計和用戶體驗概念，避免更換繁瑣工具和軟件，節(jié)省大量的資金。"

“從本質(zhì)上講，這個系統(tǒng)讓他們可以在一天內(nèi)完成通常需要數(shù)周或更長時間的事情。尤其是建立一個原型是非常昂貴的，因為它涉及到先進的投影機和光學(xué)器件。而使用VR頭盔節(jié)省了很多成本。”他指出。

"此外，沃爾沃工程師現(xiàn)在可以在佩戴混合現(xiàn)實頭盔的同時駕駛一輛真實的汽車，并可以無縫添加虛擬元素或功能，使駕駛員和汽車的傳感器看起來都很真實。沃爾沃的安全專家能夠利用該技術(shù)來開發(fā)和評估主動安全功能?！彼a充道，"他們可以在佩戴頭盔的同時，在測試賽道上駕駛一輛真實的汽車進行虛擬主動安全系統(tǒng)測試和增強現(xiàn)實的環(huán)境測試。"

Olsson透露，目前 "許多汽車制造商 "都在使用Varjo的VR頭盔，緊密的合作伙伴包括大眾集團、奧迪和寶馬等。

他觀察到，與修改昂貴且耗時的物理原型（如油泥模型）相比，現(xiàn)有和新車功能的虛擬原型可以大大降低OEM廠商的成本、加速迭代周期。

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