虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空智能制造中的應(yīng)用思考與展望.pdf

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1、的應(yīng)用思考與展望帥朝林。陳雪梅，邱世廣(中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，成都610092)[摘要】人機(jī)結(jié)合、虛實(shí)融合的新一代智能界面是智能制造的一個(gè)顯著特征。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，將在智能制造系統(tǒng)中發(fā)揮人與智能設(shè)備之間傳遞、交換信息媒介及對(duì)話接口的作用。隨著智能制造系統(tǒng)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)必將逐步深入工業(yè)應(yīng)用，在兩化深度融合過程中充分發(fā)揮“智能之窗”的作用。關(guān)鍵詞：智能制造；虛擬現(xiàn)實(shí)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；混合現(xiàn)實(shí)DoI：10．16080／j．issnl671．833x．2016．16．026帥朝林博士，研究員級(jí)高級(jí)工程師。中

2、航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司副總經(jīng)理．總工程師．中航工業(yè)航空制造技術(shù)首席專家。目前主管軍品項(xiàng)目研發(fā)及相關(guān)科研課題攻關(guān)、基礎(chǔ)技術(shù)管理、技術(shù)改造等工作。在多個(gè)重大工程中做出了一系列具有開拓性和填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白的貢獻(xiàn)。26航空制造技術(shù)·2016年第16期智能制造(IntelligentManuf—acturing，IM)已成為我國(guó)制造業(yè)新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革的主要方向，它集合了人工智能、柔性制造、虛擬制造、系統(tǒng)控制、網(wǎng)絡(luò)集成、信息處理等學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展it-2]，由智能裝備、智能控制和智能信息共同組成的人機(jī)一體化制造系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種制造過程自動(dòng)化、智能化、精益化、

3、綠色化，是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的重要途徑。人機(jī)結(jié)合、虛實(shí)融合的新一代智能界面是智能制造的一個(gè)顯著特征，主要體現(xiàn)在物理世界與虛擬世界、人與機(jī)器之間的界限進(jìn)一步模糊。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，將在智能制造系統(tǒng)(IntelligentManufacturingSystem，IMS)中負(fù)責(zé)提供人與智能設(shè)備之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口。隨著智能制造的向前發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)必將逐步深入工業(yè)應(yīng)用，充分發(fā)揮其“智能之窗”的作用。面向航空制造實(shí)際需求，結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)對(duì)智能制造規(guī)劃的思考，本文分別從工藝設(shè)計(jì)、車間執(zhí)行及管理3個(gè)方面詳細(xì)闡述虛擬現(xiàn)

4、實(shí)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用思考與展望。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述1虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，VR)概念最早由美國(guó)VPLResearch公司創(chuàng)始人之一的JaronLanier在1989年提出，目前在業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)描述為由交互式計(jì)算機(jī)仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動(dòng)作，替代或增強(qiáng)一種或多感官反饋，從而產(chǎn)生一種精神沉浸于或出現(xiàn)在仿真環(huán)境(虛擬世界)中的感覺口】。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)造出了一個(gè)包含三維物體的三維環(huán)境，對(duì)用戶而言，三維環(huán)境中的物體具有強(qiáng)烈的空間存在感，用戶與三維物體之間的交互感和與圖片或電影的感知是完全不同的。虛擬現(xiàn)實(shí)包

5、含4個(gè)關(guān)鍵要素：虛擬世界、沉浸感、感覺反饋以及交互性【4]。根據(jù)用戶參與程度和沉浸感的不同，通常將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分為：桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)【5】。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于各類領(lǐng)域。在工業(yè)應(yīng)用虛擬環(huán)境中，通過虛擬現(xiàn)實(shí)交互外設(shè)進(jìn)行3D仿真試驗(yàn)，以避免潛在問題，獲得最優(yōu)方案，指導(dǎo)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)施。圖1所示為CAVE虛擬仿真環(huán)境中的加工生產(chǎn)線仿真評(píng)估，系統(tǒng)提供一個(gè)較大的封閉空間，用戶與虛擬世界進(jìn)行交互時(shí)，不會(huì)受到外界的干擾，是較為完善的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)16】。2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AugmentedReality，AR)來源于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

6、，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的擴(kuò)展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬信息與真實(shí)場(chǎng)景相融合，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將虛擬信息通過文字、圖形圖像、聲音、觸覺方式渲染補(bǔ)圖1虛擬仿真環(huán)境中的加工生產(chǎn)線仿真評(píng)估Fig．1Simulationandevaluationofmachiningproductionlineinvirtualenvironment充至人的感官系統(tǒng)，用以增強(qiáng)用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)并沒有使用戶完全沉浸在虛擬環(huán)境，使人能夠看到的是虛擬物體合成于真實(shí)環(huán)境中的雙重世界，擴(kuò)大人類的感知能力。AR技術(shù)的關(guān)鍵在虛實(shí)融合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊(cè)?！霸鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)”是在1990年初就由波音公司Cau

7、dell和Mizell創(chuàng)造的，他們開發(fā)出試驗(yàn)性的AR系統(tǒng)，如圖2所示，頭戴眼鏡上顯示電路圖像和導(dǎo)線類型，用以在工人組裝線路時(shí)提供輔助【”。同樣，AR可用于復(fù)雜機(jī)械維護(hù)和修理隅l。3混合現(xiàn)實(shí)Milgram和Kishino在1994年發(fā)表的文章中提出的混合現(xiàn)實(shí)概念，源白于對(duì)虛擬一現(xiàn)實(shí)連續(xù)統(tǒng)一體的描述一】，如圖3所示，真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment，VE)在兩端中間是混合現(xiàn)實(shí)(MixedReality，MR)，包含增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)虛擬(AugmentedVirtuality，AV)?；旌犀F(xiàn)實(shí)結(jié)合真實(shí)世界和虛擬世界創(chuàng)造了新的可視化環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)真