虚拟现实技术在航空智能制造中的应用思考与展望.pdf

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1、的应用思考与展望帅朝林。陈雪梅，邱世广(中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都610092)[摘要】人机结合、虚实融合的新一代智能界面是智能制造的一个显著特征。虚拟现实技术作为一种高级人机交互技术，将在智能制造系统中发挥人与智能设备之间传递、交换信息媒介及对话接口的作用。随着智能制造系统的发展和虚拟现实技术的不断成熟和进步，虚拟现实必将逐步深入工业应用，在两化深度融合过程中充分发挥“智能之窗”的作用。关键词：智能制造；虚拟现实；增强现实；混合现实DoI：10．16080／j．issnl671．833x．2016．16．026帅朝林博士，研究员级高级工程师。中

2、航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司副总经理．总工程师．中航工业航空制造技术首席专家。目前主管军品项目研发及相关科研课题攻关、基础技术管理、技术改造等工作。在多个重大工程中做出了一系列具有开拓性和填补国内技术空白的贡献。26航空制造技术·2016年第16期智能制造(IntelligentManuf—acturing，IM)已成为我国制造业新一轮产业技术变革的主要方向，它集合了人工智能、柔性制造、虚拟制造、系统控制、网络集成、信息处理等学科和技术的发展it-2]，由智能装备、智能控制和智能信息共同组成的人机一体化制造系统，能够实现各种制造过程自动化、智能化、精益化、

3、绿色化，是传统产业转型升级发展的重要途径。人机结合、虚实融合的新一代智能界面是智能制造的一个显著特征，主要体现在物理世界与虚拟世界、人与机器之间的界限进一步模糊。虚拟现实技术作为一种高级人机交互技术，将在智能制造系统(IntelligentManufacturingSystem，IMS)中负责提供人与智能设备之间传递、交换信息的媒介和对话接口。随着智能制造的向前发展和虚拟现实技术的不断成熟和进步，虚拟现实必将逐步深入工业应用，充分发挥其“智能之窗”的作用。面向航空制造实际需求，结合研究团队对智能制造规划的思考，本文分别从工艺设计、车间执行及管理3个方面详细阐述虚拟现

4、实技术在智能制造中的应用思考与展望。虚拟现实技术概述1虚拟现实虚拟现实(VirtualReality，VR)概念最早由美国VPLResearch公司创始人之一的JaronLanier在1989年提出，目前在业界得到了广泛应用。虚拟现实描述为由交互式计算机仿真组成的一种媒体，能够感知参与者的位置和动作，替代或增强一种或多感官反馈，从而产生一种精神沉浸于或出现在仿真环境(虚拟世界)中的感觉口】。虚拟现实应用计算机技术创造出了一个包含三维物体的三维环境，对用户而言，三维环境中的物体具有强烈的空间存在感，用户与三维物体之间的交互感和与图片或电影的感知是完全不同的。虚拟现实包

5、含4个关键要素：虚拟世界、沉浸感、感觉反馈以及交互性【4]。根据用户参与程度和沉浸感的不同，通常将虚拟现实系统分为：桌面式虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统【5】。虚拟现实技术目前已广泛应用于各类领域。在工业应用虚拟环境中，通过虚拟现实交互外设进行3D仿真试验，以避免潜在问题，获得最优方案，指导实际系统的实施。图1所示为CAVE虚拟仿真环境中的加工生产线仿真评估，系统提供一个较大的封闭空间，用户与虚拟世界进行交互时，不会受到外界的干扰，是较为完善的虚拟现实系统16】。2增强现实增强现实技术(AugmentedReality，AR)来源于虚拟现实技术

6、，是虚拟现实技术的扩展。增强现实技术将虚拟信息与真实场景相融合，通过计算机系统将虚拟信息通过文字、图形图像、声音、触觉方式渲染补图1虚拟仿真环境中的加工生产线仿真评估Fig．1Simulationandevaluationofmachiningproductionlineinvirtualenvironment充至人的感官系统，用以增强用户对现实世界感知的技术。增强现实技术并没有使用户完全沉浸在虚拟环境，使人能够看到的是虚拟物体合成于真实环境中的双重世界，扩大人类的感知能力。AR技术的关键在虚实融合、实时交互和三维注册。“增强现实”是在1990年初就由波音公司Cau

7、dell和Mizell创造的，他们开发出试验性的AR系统，如图2所示，头戴眼镜上显示电路图像和导线类型，用以在工人组装线路时提供辅助【”。同样，AR可用于复杂机械维护和修理隅l。3混合现实Milgram和Kishino在1994年发表的文章中提出的混合现实概念，源白于对虚拟一现实连续统一体的描述一】，如图3所示，真实环境和虚拟环境(VirtualEnvironment，VE)在两端中间是混合现实(MixedReality，MR)，包含增强现实、增强虚拟(AugmentedVirtuality，AV)。混合现实结合真实世界和虚拟世界创造了新的可视化环境，可以实现真