工業(yè)4.0時代，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何變革制造業(yè)

（文章來源：資本實(shí)驗(yàn)室）

說到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，很多人可能首先會想到曾在一夜之間席卷全球，風(fēng)靡世界的精靈寶可夢AR游戲。其實(shí)，無論虛擬現(xiàn)實(shí)，還是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)，這些技術(shù)也已經(jīng)在工業(yè)制造領(lǐng)域得到應(yīng)用。據(jù)高盛在2016年初發(fā)布的報告預(yù)測，2025年全球虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)市場規(guī)模將達(dá)到800億美元。其中，工程、醫(yī)療、地產(chǎn)等重資產(chǎn)行業(yè)將是其中的重要應(yīng)用場景。

隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)硬件和軟件的進(jìn)步，以及數(shù)據(jù)處理能力的大幅提升，越來越多的制造公司已經(jīng)開始使用該技術(shù)，以提升生產(chǎn)與管理效率。作為下一個重要的計算平臺，從設(shè)計到生產(chǎn)，到質(zhì)量控制，再到后期維護(hù)和員工培訓(xùn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在有力推動現(xiàn)代制造業(yè)的變革，并為工業(yè)4．0的實(shí)現(xiàn)增添動力。

傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計階段主要包括五個主要步驟：了解客戶需求——將需求轉(zhuǎn)換為技術(shù)輸入——提供多種解決方案——選擇客戶可接受的可行性解決方案——將確定方案轉(zhuǎn)移到制造團(tuán)隊。可以說，這種傳統(tǒng)設(shè)計過程非常復(fù)雜，需要花費(fèi)大量的精力和時間來為客戶公司確定最佳可行的產(chǎn)品。而將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)集成到設(shè)計開發(fā)階段，可以簡化傳統(tǒng)的繁瑣過程，增強(qiáng)與客戶的互動，使產(chǎn)品設(shè)計更加符合客戶需求。

電梯制造商蒂森克虜伯為銷售人員配備了微軟增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡HoloLens，當(dāng)銷售人員到達(dá)建筑現(xiàn)場時，可以使用HoloLens測量樓梯等實(shí)際環(huán)境的3D數(shù)據(jù)，通過云端將數(shù)據(jù)與公司相關(guān)部門共享，實(shí)現(xiàn)實(shí)時反饋。HoloLens還允許銷售人員在現(xiàn)有的真實(shí)樓梯上疊加樓梯升降機(jī)的虛擬3D模型，讓客戶提供可以輕松地體驗(yàn)安裝后的場景和功能。

同時，蒂森克虜伯還使用HoloLens為現(xiàn)場技術(shù)人員提供遠(yuǎn)程支持，可以將通常需要2小時的問題縮短到20分鐘，大幅降低維修的時間成本。汽車制造商沃爾沃嘗試讓工程師使用HoloLens來加速新車型、零部件和汽車內(nèi)飾的研發(fā)。通過AR眼鏡，工程師可以看到汽車內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息以及某個部件的3D圖形，并對其進(jìn)行操作調(diào)整；還可以與設(shè)計師和銷售團(tuán)隊快速溝通，充分了解消費(fèi)者的需求偏好，并提高新車研發(fā)速度。

眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多環(huán)節(jié)還需要工人手動操作，特別是在裝配過程中，裝配的周期時間取決于操作工人的技能熟練度，特別是飛機(jī)、汽車等復(fù)雜的大型機(jī)械設(shè)備。例如，飛機(jī)擁有大量且復(fù)雜的電子線路，在面臨數(shù)千根電線組成的線束組件中，裝配工程師必須遵循功能手冊進(jìn)行工作，這是一項耗時耗力且非常影響工期的過程。

飛機(jī)制造商波音公司利用谷歌的AR眼鏡來簡化裝配流程，通過APX Labs公司研發(fā)的應(yīng)用程序，工程師可以通過AR眼鏡掃描裝配現(xiàn)場的某個部件的二維碼，該部件的線束的裝配指導(dǎo)就會自動在眼鏡上顯示出來，工人只需要按照指導(dǎo)步驟即可完成裝配工作。據(jù)統(tǒng)計，使用AR技術(shù)，可以使工程師的裝配時間縮短25％，出錯率降低50％。美國最大的軍用飛機(jī)制造商洛克希德－馬丁公司也在嘗試將AR技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)制造過程中。

公司借助愛普生Moverio的AR眼鏡，得以讓生產(chǎn)人員更方便地了解零部件的編號和操作流程，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速的裝配生產(chǎn)。在安裝起落架的部件時，工程師通過AR眼鏡顯示的安裝手冊和操作步驟，可以詳細(xì)了解每根線纜、螺栓以及需要安裝的位置和編號等信息，從而完成安裝。

據(jù)統(tǒng)計，通過使用AR眼鏡，工程師的裝配速度能夠提高30％，準(zhǔn)確率達(dá)到96％。此外，通過AR技術(shù)，還可以將安裝指導(dǎo)手冊和質(zhì)量要求顯示在AR眼鏡上，從而大量縮短工人的培訓(xùn)時間。質(zhì)量檢驗(yàn)是確保出廠產(chǎn)品符合所有要求的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)生產(chǎn)需要大量檢查點(diǎn)的清單才能完成，而質(zhì)檢人員需要對最終產(chǎn)品的交付負(fù)責(zé)。因此，客戶收到的產(chǎn)品的質(zhì)量，不僅取決于生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量把控，還取決于質(zhì)檢過程的準(zhǔn)確性。

AR技術(shù)通過為質(zhì)量控制提供交互式的平臺，可以查看實(shí)時顯示的產(chǎn)品尺寸精度、公差和表面光潔度等詳細(xì)信息，方便質(zhì)檢人員輕松執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。世界汽車零部件供應(yīng)商麥格納使用微軟HoloLens幫助檢查汽車及零部件是否存在潛在缺陷。當(dāng)佩戴HoloLens的質(zhì)量檢驗(yàn)員查看汽車時，AR眼鏡就會顯示出要檢查的零件信息，還會指導(dǎo)質(zhì)檢員逐步進(jìn)行檢查工作。

保時捷公司正在使用AR技術(shù)進(jìn)行汽車質(zhì)量檢測。在德國萊比錫的保時捷裝配廠，技術(shù)人員使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為質(zhì)量保證流程的工具。AR系統(tǒng)可以對供應(yīng)商的零部件進(jìn)行掃描，并將數(shù)據(jù)上傳到云端數(shù)據(jù)庫。在生產(chǎn)車間中，質(zhì)檢人員使用AR設(shè)備對汽車的問題部分進(jìn)行拍照，然后自動加載該部件的確切尺寸進(jìn)行比較。

保時捷還計劃使用超高精度的攝像頭和云端數(shù)據(jù)庫相連接，以實(shí)現(xiàn)對零部件和組裝部件的實(shí)時分析，幫助質(zhì)檢人員節(jié)省大量的時間。此外，美國保時捷經(jīng)銷商的技術(shù)人員已經(jīng)在使用AR眼鏡診斷和維修車輛，通過遠(yuǎn)程實(shí)時視頻交流將維修服務(wù)時間縮短了40％。空客公司正在使用混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用MiRA將數(shù)字模型集成到生產(chǎn)環(huán)境中，使裝配工人能夠查看正在生產(chǎn)的飛機(jī)的完整3D模型。

據(jù)空客公司稱，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)已用于A380和A350 XWB生產(chǎn)線，以檢查二級結(jié)構(gòu)支架的完整性，這些支架可將液壓系統(tǒng)和其他設(shè)備固定到位。據(jù)統(tǒng)計，檢查A380機(jī)身中的6萬－8萬個支架，傳統(tǒng)檢測方法需要3周的時間，而使用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)只需要3天即可完成。每個行業(yè)都需要定期維修各種設(shè)備，以確保日常生產(chǎn)的正常運(yùn)行，但制造業(yè)的相關(guān)設(shè)備維護(hù)要遠(yuǎn)比家用消費(fèi)電子更為復(fù)雜，對維修人員的要求也會非常高。

因?yàn)樗麄儽仨毴媸煜ぴO(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能，并且要參考大量的技術(shù)圖表以及厚達(dá)數(shù)百頁的服務(wù)手冊。重型設(shè)備制造商卡特彼勒正在利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助維護(hù)和維修工作。通過公司開發(fā)的AR App，維修人員可以在智能手機(jī)、平板電腦甚至AR眼鏡上查看設(shè)備問題，通過交互式可視化操作，完成維修工作。三菱公司使用AR系統(tǒng)進(jìn)行各種維護(hù)工作，包括檢查水處理廠和建筑電氣系統(tǒng)。

維修人員只需用移動設(shè)備的攝像頭掃描需要維修的設(shè)備，設(shè)備會自動識別設(shè)備型號，并將維修流程展示出來。培訓(xùn)是企業(yè)獲取高素質(zhì)員工的重要方式。公司通常會投入大量的時間和金錢進(jìn)行各種培訓(xùn)活動，以提升員工的技能素質(zhì)和穩(wěn)定性。相較于傳統(tǒng)的紙質(zhì)培訓(xùn)或監(jiān)督式的培訓(xùn)方法，AR技術(shù)可以使培訓(xùn)方式變得具有互動性；突破位置限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程培訓(xùn)；還可以確保培訓(xùn)期間員工的人身安全。

汽車技術(shù)供應(yīng)商博世公司開發(fā)了一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序，將員工訓(xùn)練計劃、手冊等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化處理，為員工提供文本、圖像、動畫、音頻、視頻等內(nèi)容。AR交互式界面允許員工使用簡單的手勢對內(nèi)容進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)等操作。汽車制造商捷豹路虎與博世和RE＇FLECT合作，為員工設(shè)計了一款A(yù)R綜合訓(xùn)練應(yīng)用程序。該程序的目標(biāo)是培訓(xùn)新技術(shù)人員，而無需拆卸和重新安裝車輛儀表板。

用新設(shè)計的應(yīng)用程序，技術(shù)人員只需將iPad指向儀表板，即可查看隱藏在設(shè)備后面的所有內(nèi)容。通過傳感器，技術(shù)人員還可以輕松確定各種接線的確切位置，并與每個組件進(jìn)行交互。該程序生成連接和接線圖，允許教練在實(shí)際車輛上進(jìn)行培訓(xùn)練習(xí)，而無需花時間拆卸和重新組裝。通過AR技術(shù)，捷豹路虎實(shí)現(xiàn)了新員工的快速培訓(xùn)，并將培訓(xùn)成本降至最低。

總體來看，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在制造業(yè)的應(yīng)用目前還處在初級階段。隨著相關(guān)技術(shù)的成熟、成本的進(jìn)一步降低，以及與3D打印、數(shù)字孿生、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、預(yù)測分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺等技術(shù)的融合應(yīng)用，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將對制造業(yè)帶來更多改變。
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