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,如何結合信息化的特點和企業(yè)自身優(yōu)勢對企業(yè)進行轉(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)和機遇。

1虛擬現(xiàn)實技術(VirtualReality)

虛擬現(xiàn)實技術(以下簡稱VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng),它利用計算機生成一種模擬環(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)實技術主要具有想象性、交互性、沉浸性三大特點。

當前,隨著VR技術的不斷發(fā)展和完善,它在各個行業(yè)領域的技術應用也越加廣泛和深入。VR技術在娛樂行業(yè)最常見的應用,就是通過模擬各種娛樂場景,大大增強趣味性及真實體驗感;在藝術領域,VR技術也能增強藝術表現(xiàn)力,豐富創(chuàng)作手段;在醫(yī)學領域,利用VR技術可以建立虛擬人體模型,用于了解人體器官結構,模擬手術過程,熟悉醫(yī)療器械的使用和操作等,意義非凡;在軍事航天領域,虛擬訓練和演習已經(jīng)成為重要項目之一;在室內(nèi)設計和房產(chǎn)開發(fā)方面,VR技術能使用戶更為直觀地體驗房屋結構、裝修設計、景觀配套,因而成為引領消費的強有力手段之一。

而在工業(yè)領域,特別是在汽輪機領域,VR技術的影響將更為深遠。在信息和網(wǎng)絡主導的社會大環(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技術作為重要的可視化交互手段,在營銷、設計、生產(chǎn)制造、運行維護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)的關鍵,而日益成熟的VR技術將為這一過程提供更多更直觀更具吸引力的展示手段,讓用戶更準確地體驗到公司汽輪機產(chǎn)品的優(yōu)勢,契合其需求。

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

另一方面,通過VR技術沉浸式的產(chǎn)品體驗,能夠讓用戶更直觀地了解到產(chǎn)品的工作運行過程,甚至能夠體驗實際機組運行環(huán)境中汽輪機產(chǎn)品的狀態(tài),參與到產(chǎn)品的操作、控制、運行及維護的仿真環(huán)境中(圖1),讓汽輪機產(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設計

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

通過這種沉浸式交互的設計方式,可以在產(chǎn)品設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,避免設計方案的反復改進,從而大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期,減少由于設計原因產(chǎn)生的不利影響。利用虛擬產(chǎn)品進行仿真、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習培養(yǎng)的周期,調(diào)動設計團隊的積極性,保持并提高設計團隊的活力和水平。

4VR制造

VR技術在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的應用更為深入,能夠與各個生產(chǎn)加工制造過程相融合,更便捷、準確地指導產(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,因為設計理解有誤、工具選擇不當、設備操作不當?shù)仍虍a(chǎn)生的補加工、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,進而會影響產(chǎn)品生產(chǎn)周期、現(xiàn)場安裝進度,最終給用戶帶去不良影響。

通過VR技術的應用,制造部的員工能夠直觀體驗詳細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技術對于復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,進行裝配優(yōu)化或結構優(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技術的幫助下模擬出較為準確和可行的方案。在數(shù)字化工廠結合了VR技術后,企業(yè)對工人的培訓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)境和加工設備,可以分析改進生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)工藝,從而對實際產(chǎn)品制造過程進行優(yōu)化,合理配置場地、員工、工具、設備等資源,整體提升生產(chǎn)制造效率。

5VR服務

結束了設計、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)品運至用戶現(xiàn)場之后,還有安裝、調(diào)試、試運行、長期運行、大修等諸多售后服務環(huán)節(jié)。對用戶來說,這些售后服務才是其最關心,也是對汽輪機產(chǎn)品使用最直接的體驗和感受。

通過VR技術在售后服務的應用,首先可以在產(chǎn)品安裝調(diào)試階段更加直觀準確地進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)試運行大修中的經(jīng)驗,有效地應對各種突發(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技術作為高效、可靠的可視化手段,能夠為企業(yè)服務人員和用戶現(xiàn)場的服務人員提供沉浸式的產(chǎn)品體驗,來達到產(chǎn)品培訓和使用說明的目的。

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

6結語

通過以上的描述可以認識到,在裝備制造行業(yè)特別是在汽輪機行業(yè),VR技術的應用是非常廣泛的,應用潛力也很巨大,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技術的應用將更靈活更智能。相對來說,對VR技術應用和開發(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技術的應用。波音公司生產(chǎn)線通過VR技術來完成飛機線束的組裝,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%:諾丁漢大學的李強提出了一種VR系統(tǒng)用于改善夾具設計和裝配過程:普惠公司用VR技術在新興噴氣式飛機引擎上培訓工程師,而不會對昂貴的發(fā)電機部件造成損害:Aerosim的虛擬維護培訓師正在被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訪問。

這些走在世界技術前沿的大企業(yè)都開始對VR技術進行廣泛深入的探索和開發(fā),利用VR技術的特點提升企業(yè)各個方面的能力。作為高端裝備制造業(yè)中的一員,汽輪機行業(yè)也應對此方面深入進行開發(fā)研究,通過與用戶市場的共贏,引領新時代數(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。