虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽輪機(jī)行業(yè)的應(yīng)用

引言

隨著工業(yè)4.0時代的到來,智能制造在信息化飛速發(fā)展的推動下影響著越來越多的企業(yè),作為裝備制造業(yè)的皇冠,汽輪機(jī)行業(yè)也將打開新時代的大門。在全球信息化的浪潮中,如何結(jié)合信息化的特點和企業(yè)自身優(yōu)勢對企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級,將會是未來制造型企業(yè)所需要面對的一個重要挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VirtualReality)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)(以下簡稱VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng),它利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境,是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真,能使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要具有想象性、交互性、沉浸性三大特點。

當(dāng)前,隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,它在各個行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用也越加廣泛和深入。VR技術(shù)在娛樂行業(yè)最常見的應(yīng)用,就是通過模擬各種娛樂場景,大大增強(qiáng)趣味性及真實體驗感;在藝術(shù)領(lǐng)域,VR技術(shù)也能增強(qiáng)藝術(shù)表現(xiàn)力,豐富創(chuàng)作手段;在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,利用VR技術(shù)可以建立虛擬人體模型,用于了解人體器官結(jié)構(gòu),模擬手術(shù)過程,熟悉醫(yī)療器械的使用和操作等,意義非凡;在軍事航天領(lǐng)域,虛擬訓(xùn)練和演習(xí)已經(jīng)成為重要項目之一;在室內(nèi)設(shè)計和房產(chǎn)開發(fā)方面,VR技術(shù)能使用戶更為直觀地體驗房屋結(jié)構(gòu)、裝修設(shè)計、景觀配套,因而成為引領(lǐng)消費(fèi)的強(qiáng)有力手段之一。

而在工業(yè)領(lǐng)域,特別是在汽輪機(jī)領(lǐng)域,VR技術(shù)的影響將更為深遠(yuǎn)。在信息和網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)的社會大環(huán)境下,工業(yè)制造型企業(yè)也將向著數(shù)字化工廠的方向逐步深入,而VR技術(shù)作為重要的可視化交互手段,在營銷、設(shè)計、生產(chǎn)制造、運(yùn)行維護(hù)及資源管理等方面也將起到不可忽視的作用。

2VR營銷

對于制造型企業(yè)來說,營銷部門是接觸產(chǎn)品市場的第一線。作為營銷部門的員工們,需在充分了解企業(yè)產(chǎn)品特點的基礎(chǔ)上,致力于挖掘用戶的需求,推廣、傳播和銷售產(chǎn)品。在這一過程中,充分展示公司汽輪機(jī)產(chǎn)品的高效、穩(wěn)定、安全等優(yōu)勢特點將會是營銷環(huán)節(jié)的關(guān)鍵,而日益成熟的VR技術(shù)將為這一過程提供更多更直觀更具吸引力的展示手段,讓用戶更準(zhǔn)確地體驗到公司汽輪機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)勢,契合其需求。

一方面,通過VR技術(shù)沉浸式的交互體驗,能夠讓營銷人員方便、快捷、直觀地掌握公司汽輪機(jī)產(chǎn)品的各方面特點,了解技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品升級帶來的變化。

另一方面,通過VR技術(shù)沉浸式的產(chǎn)品體驗,能夠讓用戶更直觀地了解到產(chǎn)品的工作運(yùn)行過程,甚至能夠體驗實際機(jī)組運(yùn)行環(huán)境中汽輪機(jī)產(chǎn)品的狀態(tài),參與到產(chǎn)品的操作、控制、運(yùn)行及維護(hù)的仿真環(huán)境中(圖1),讓汽輪機(jī)產(chǎn)品與用戶直接交互和對話,這比營銷人員說一天還要有效果,能夠有效引起用戶的共鳴,吸引其購買公司的產(chǎn)品。不過,這種方式會將產(chǎn)品的內(nèi)容完全展示給用戶,只有我們的產(chǎn)品質(zhì)量過硬才能帶給用戶最好的體驗。

圖1 VR仿真環(huán)境

3VR設(shè)計

以前,上萬個零件組成的機(jī)械產(chǎn)品在虛擬環(huán)境下通過人機(jī)互動完成結(jié)構(gòu)功能設(shè)計的酷炫場景只可能在電影里實現(xiàn),但現(xiàn)在通過VR技術(shù)完全可以真實地完成產(chǎn)品的虛擬設(shè)計并用于實際產(chǎn)品的生產(chǎn)。設(shè)計人員通過VR設(shè)備及以往的設(shè)計數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)整臺汽輪機(jī)的虛擬設(shè)計。從熱力計算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計到儀控系統(tǒng)、裝置系統(tǒng)的完整設(shè)計,各個環(huán)節(jié)設(shè)計人員都能時刻體驗到任何設(shè)計變化對產(chǎn)品所帶來的影響。小到一個螺栓,大到整個缸體,設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)前期階段就能體驗到設(shè)計改動在性能、結(jié)構(gòu)、工藝、加工甚至后期的安裝、運(yùn)行、維護(hù)等方面引起的變化。

通過這種沉浸式交互的設(shè)計方式,可以在產(chǎn)品設(shè)計階段就考慮到可能影響產(chǎn)品質(zhì)量、成本及開發(fā)時間等后續(xù)環(huán)節(jié)的因素,避免設(shè)計方案的反復(fù)改進(jìn),從而大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期,減少由于設(shè)計原因產(chǎn)生的不利影響。利用虛擬產(chǎn)品進(jìn)行仿真、分析、計算,可以提高產(chǎn)品在時間、成本、質(zhì)量等多方面的效率,達(dá)到全局優(yōu)化和一次開發(fā)成功的目的。與此同時,通過同樣的方式也可縮短新員工學(xué)習(xí)培養(yǎng)的周期,調(diào)動設(shè)計團(tuán)隊的積極性,保持并提高設(shè)計團(tuán)隊的活力和水平。

4VR制造

VR技術(shù)在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用更為深入,能夠與各個生產(chǎn)加工制造過程相融合,更便捷、準(zhǔn)確地指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造裝配過程。

在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中,因為設(shè)計理解有誤、工具選擇不當(dāng)、設(shè)備操作不當(dāng)?shù)仍虍a(chǎn)生的補(bǔ)加工、返修、報廢等情況是制造型企業(yè)不得不面對的問題,對產(chǎn)品的返修、報廢數(shù)量的控制直接影響到企業(yè)對產(chǎn)品成本、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)管理的控制,進(jìn)而會影響產(chǎn)品生產(chǎn)周期、現(xiàn)場安裝進(jìn)度,最終給用戶帶去不良影響。

通過VR技術(shù)的應(yīng)用,制造部的員工能夠直觀體驗詳細(xì)的工藝過程和操作步驟,隨時查詢加工操作狀態(tài),規(guī)范管理整個加工制造過程,使生產(chǎn)制造過程逐漸脫離以往依靠個人經(jīng)驗進(jìn)行工作的模式,減少工廠內(nèi)專家型工人的雇傭,降低勞動成本。VR技術(shù)對于復(fù)雜零部件的裝配則更有幫助。它不僅可以虛擬整個裝配過程,明確各個零部件的裝配關(guān)系,更能通過臨場互動的方式發(fā)現(xiàn)裝配中存在的問題和不便,進(jìn)行裝配優(yōu)化或結(jié)構(gòu)優(yōu)化,同時也能使制造部的員工直觀地體驗到優(yōu)化帶來的變化和效果。相信通過這樣的方式,可以有效降低裝配錯誤率,縮短裝配時間。

另一方面,對于多發(fā)問題和特殊情況的處理也能在VR技術(shù)的幫助下模擬出較為準(zhǔn)確和可行的方案。在數(shù)字化工廠結(jié)合了VR技術(shù)后,企業(yè)對工人的培訓(xùn)不再是熟練掌握某一項加工或制造技能,而是熟悉和掌握這些高效并且易操作的數(shù)字化工具,這成本遠(yuǎn)比長時間培養(yǎng)工人提升技能熟練度要低得多。

同時,通過虛擬產(chǎn)品制造環(huán)境和加工設(shè)備,可以分析改進(jìn)生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)工藝,從而對實際產(chǎn)品制造過程進(jìn)行優(yōu)化,合理配置場地、員工、工具、設(shè)備等資源,整體提升生產(chǎn)制造效率。

5VR服務(wù)

結(jié)束了設(shè)計、生產(chǎn)制造的環(huán)節(jié)并不意味著產(chǎn)品銷售的完成,在產(chǎn)品運(yùn)至用戶現(xiàn)場之后,還有安裝、調(diào)試、試運(yùn)行、長期運(yùn)行、大修等諸多售后服務(wù)環(huán)節(jié)。對用戶來說,這些售后服務(wù)才是其最關(guān)心,也是對汽輪機(jī)產(chǎn)品使用最直接的體驗和感受。

通過VR技術(shù)在售后服務(wù)的應(yīng)用,首先可以在產(chǎn)品安裝調(diào)試階段更加直觀準(zhǔn)確地進(jìn)行每一個步驟的操作,減少因為人為因素所造成的錯誤和損失。

其次,可以根據(jù)以往安裝調(diào)試運(yùn)行大修中的經(jīng)驗,有效地應(yīng)對各種突發(fā)問題和疑難問題,快速幫助用戶排憂解難,減少用戶的損失,提升企業(yè)品牌價值,從而為企業(yè)和用戶提供雙贏。

此外,VR技術(shù)作為高效、可靠的可視化手段,能夠為企業(yè)服務(wù)人員和用戶現(xiàn)場的服務(wù)人員提供沉浸式的產(chǎn)品體驗,來達(dá)到產(chǎn)品培訓(xùn)和使用說明的目的。

同時,虛擬在危險情況下如何保證人員和設(shè)備的安全,這是在現(xiàn)實世界中無法做到的。通過VR技術(shù)能有效地培養(yǎng)工作人員在危機(jī)狀態(tài)下的意識和行動,并且記錄和評估員工的臨危表現(xiàn),用以改進(jìn)安全預(yù)案,降低事故風(fēng)險。

6結(jié)語

通過以上的描述可以認(rèn)識到,在裝備制造行業(yè)特別是在汽輪機(jī)行業(yè),VR技術(shù)的應(yīng)用是非常廣泛的,應(yīng)用潛力也很巨大,在產(chǎn)品整個生命周期的每個環(huán)節(jié)都能發(fā)揮積極有效的作用,配合現(xiàn)在迅速發(fā)展的智能移動終端,VR技術(shù)的應(yīng)用將更靈活更智能。相對來說,對VR技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)的投入?yún)s并不高,綜合來看算是小成本、大收益的改善方案,也會為企業(yè)將來的市場開發(fā)、產(chǎn)品推廣、降本增效提供不小的助力。

現(xiàn)在,有許多國際性的制造企業(yè)正在大力推廣VR技術(shù)的應(yīng)用。波音公司生產(chǎn)線通過VR技術(shù)來完成飛機(jī)線束的組裝,有效降低了錯誤率,縮短了組裝時間:福特公司將VR技術(shù)用于驗證汽車裝配過程,使生產(chǎn)線的意外傷害率減少了70%:諾丁漢大學(xué)的李強(qiáng)提出了一種VR系統(tǒng)用于改善夾具設(shè)計和裝配過程:普惠公司用VR技術(shù)在新興噴氣式飛機(jī)引擎上培訓(xùn)工程師,而不會對昂貴的發(fā)電機(jī)部件造成損害:Aerosim的虛擬維護(hù)培訓(xùn)師正在被TAM航空公司用于教授系統(tǒng)邏輯和操作、故障診斷、故障隔離程序和返回服務(wù)訪問。

這些走在世界技術(shù)前沿的大企業(yè)都開始對VR技術(shù)進(jìn)行廣泛深入的探索和開發(fā),利用VR技術(shù)的特點提升企業(yè)各個方面的能力。作為高端裝備制造業(yè)中的一員,汽輪機(jī)行業(yè)也應(yīng)對此方面深入進(jìn)行開發(fā)研究,通過與用戶市場的共贏,引領(lǐng)新時代數(shù)字信息化背景下的轉(zhuǎn)型升級,使企業(yè)品牌更具影響力。