VR/AR助力打通制造業“任督二脈”

在20世紀90年代初,美國波音公司就已經將AR技術應用于飛機制造中的電力線纜的連接和接線器的裝配中。2003年,德國成功研制出用于工業設備裝配和維修的Starmate系統和Arvika系統,之后,歐洲航空防務與航天公司(EADS)利用Arvika系統,指導工人輕松地完成高密度布線工作。

近年來,隨著VR/AR概念的火熱,不僅科技巨頭涌入,大批創業公司也推出各自的產品,VR/AR技術被越來越多的工業企業采用。波音公司就使用Google Glass來協助工人組裝電線網絡,大大提高了效率,足足節省了25%的安裝時間。

目前,VR/AR產品主要還處在軍事、工業、商業用品階段。隨著工業4.0概念的興起以及《中國制造2025》的推出,“VR/AR+工業”的概念不斷升溫,越來越多的企業開始嘗試“VR/AR+工業”解決方案。

制造企業應用VR/AR

空間巨大

2016年,微軟與美國宇航局(NASA)合作代號為“Sidekick”的項目,宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)在國際空間站使用HoloLens增強現實設備進行空間站的使用和維修。微軟與世界名牌電梯廠商蒂森克虜伯公司合作,為其旗下2.4萬名技術工人配備HoloLens眼鏡,以便能夠在安裝、檢修電梯設備的時候獲得更及時、更便捷的技術支持,HoloLens眼鏡大大提升了工人的工作效率。通用電氣使用微軟HoloLens研究渦輪制造,通用電氣稱該技術為“digital twins”(數字雙胞胎),裝備的數據也是數字機器的副本,比如潛在部件故障、財物預測、最好的修復方法以及可以用到的真正業務數據等。

英特爾與 DAQRI 合作推出增強現實智能頭盔 Smart Helmet,該頭盔搭載了英特爾酷睿 M7處理器和英特爾RealSense 3D實感技術。DAQRI正與美國海軍合作,讓旗下的智能頭盔應用于戰艦上。而且財富前100名的公司都有試用這項技術,包括航空業、建造業、油氣行業等。

可穿戴設備公司Osterhout Design Group(以下簡稱ODG)也推出了一款適用于危險工作場所的AR眼鏡——R-7HL(HL代表危險位置),這款眼鏡是專為那些在極端環境下工作的工人設計的。該公司表示,其現有的客戶群大約有50%和R-7HL針對的行業是重合的。

PTC公司通過收購Vuforia,并結合PTC全生命周期管理解決方案和物聯網解決方案,使制造行業企業深化應用AR技術擁有了更多想象的空間。

工業AR軟件開發商Upskill致力于運用AR技術幫助客戶提高工作效率和產品質量,主要產品為AR平臺Skylight及配套智能眼鏡。該公司與波音公司合作,幫助波音公司縮短了25%的生產時間并且提高了產品的質量,波音正在其美國的多個制造工廠中推廣使用。通用旗下醫療設備工廠與再生能源工廠使用Upskill產品后工作效率分別提高了46%與34%。

工業設計軟件和PLM軟件商達索系統的工業軟件支撐全球的航空制造、航天制造、汽車制造、水壩設計等高端制造業。該公司去年在上海展示了VR/AR的工業應用,計劃今年開始商用。

而國內工業企業主要是這兩三年開始試點、試用VR/AR行業應用解決方案。江鈴汽車采用0glass的AR解決方案,生產效率提升了70%以上。目前0glass已經與航空維修公司、國家電網、西門子、華為、中廣核等公司合作開發AR行業應用解決方案。

工業視覺實驗室(Industrial Vision Laboratory簡稱IVLab)基于VR技術開發了多套工業VR平臺級應用系統,并連續兩年中標了北京市燃氣集團VR培訓項目。機械工業六院提出VR應急訓練和技能實訓解決方案,為煙草行業BIM項目提供增值服務。廈門匯利偉業利用VR技術將設計圖紙轉化為VR工廠。只要戴上VR頭顯,任何人都可以從各個角度鳥瞰整個工廠,也可以步入各個樓層查看設備和管網布置細節。遠東石化已經采用該解決方案。

曼恒數字開發了三維數字化礦產勘查虛擬仿真系統、稠油熱采虛擬仿真實驗系統、井控和井下事故與處理虛擬仿真實驗系統、木材生產虛擬仿真實驗教學平臺等 ,主要用于教學。2017年5月,曼恒數字為商飛試飛中心提供的機載測試系統地面驗證平臺,對實際飛機中飛行的參數進行監控分析,確保飛機在預飛和實際飛行中相關參數的準確和正常,為C919成功首飛提供了堅實的數據保障。

通科仿真側重實驗實訓、實習等實踐環節數字化產品的開發,產品涉及電工電子、水利電力、機電一體化、土木建筑、資源環境、機械制造等70多個專業,其中通科建筑施工技術方針實訓軟件、通科建筑工程施工工藝仿真實訓軟件、通科焊工工藝仿真實訓軟件等分別填補了相關仿真實訓軟件的空白。

上海塔普制造有限公司推出“開源工業機械臂開發套件”,該開發套件是以物聯網、嵌入式等新興行業技術發展為背景,培養物聯網工程、電子通信工程、傳感網技術等相關專業學生工程素養、項目設計及創新實踐能力的實訓平臺。

0glass公司創始人蘇波認為,從純技術上看,國內VR/AR+工業比國外落后一年,差距并不大;從應用上講,國內VR/AR+工業反而比國外快一年,因為國內外應用環境不一樣,國外企業考慮因素更單純,為了提高生產、管理效率,而國內企業決策因素很多,更愿意去嘗試新技術。

而且我國是制造大國,工業企業都在轉型升級,這些都是VR/AR企業的機會。蘇波認為,到2020年,國內VR/AR+工業在技術上會超過國外企業,因為國內應用更為領先,技術落地快,兩三年內可能就能收回成本,進入良性循環狀態;而國外技術雖然領先一年,但是并不具備落地價值,比如,國外光波導鏡片很薄,有優勢,但是一塊鏡片需要1500美元,不具備落地價值,很少人買單,像DAQRI創業已經七年,ODG創業也已經10年了,至今還不能自負盈虧。

但是機械工業六院科技研發部部長喬輝表示,目前國外企業采用AR/AR技術比較普遍,國內企業還處于嘗鮮階段,更多的是不了解或持觀望態度,市場有待教育。

AR幫助

“走完大數據的最后一米”

通過對國內外“VR/AR+工業”企業梳理可以看出,采用VR/AR技術的工業企業成員眾多,種類繁雜。蘇波將所有“VR/AR+工業”企業都總結為“三縱三橫”企業,“三橫”企業包括能源、制造和軍工企業,能源企業包括電力、石油、煤炭企業,制造企業既包括衛星裝配企業、江鈴汽車等高端制造企業,也包括富士康等傳統制造企業;“三縱”企業是指巡檢和維修、生產和裝備、實操培訓企業。

“三縱三橫”企業主要存在生產、管理和培訓三大痛點,而VR/AR+工業解決方案則是它們除痛的一劑良藥。從生產上看,雖然互聯網和信息技術已經發展很多年,我們的生活和工作狀態發生翻天覆地的變化,但是一線的產業工人并沒有享受到信息技術發展帶來的福利,他們的工作模式一成不變。

現在的信息技術不能解放他們的雙手,手機雖然很小、很輕便,但是恰恰需要手,而AR眼鏡不僅能解放他們的雙手,還給予他們第一視角,同時提供數據可視化、更佳直觀,有利于降低門檻,提升效率。

從企業管理來說,傳統工業企業管理無法事無巨細到每一位一線員工,但是有了AR眼鏡之后,AR眼鏡可以通過攝像頭實時收集一線員工的數據,一旦出錯,AR眼鏡就會提醒他,如果不改正,AR眼鏡就會在手機上提醒管理者,便于管理者提前排除隱患或者避免事故發生。

而且PTC公司Vuforia工作室執行副總裁Michael Campbell說,AR技術打通了數字和物理世界的“任督二脈”。AR眼鏡不僅可以收集機器、設備運行的數據,還可以收集人的行為數據,并將數據輸出給特定的人,“走完大數據的最后一米”。例如,傳統維修過程,人和維修對象是沒有數據交流的,所以也沒有直接的連接和反饋,而AR眼鏡將改變這一切。有了這些數據之后不僅有利于提升員工工作效率,還便于管理。

從實操培訓上講,在工業企業,一般培訓場景和工作場景是分開的,而根據微軟712模型,培訓對技能提升的貢獻只占10%,20%技能需要靠自學完成,剩下70%的技能是在工作場景中獲取的。培訓場景和實操場景的分離,而且再加上人的生理遺忘曲線,培訓效率很低。而AR眼鏡就可以將兩個場景融合起來,就像你不會的知識可以直接百度。同樣,VR+教育同樣擁有非常大的市場空間。大連通科應用技術有限公司(簡稱通科仿真)總經理于雙和指出,實操實訓中存在“三高(高危險、高成本、高污染)、四難(難看到、難動作、難進去、難再現)”等問題,而實物介入在內的仿真實訓教學軟件正好可以解決這些痛點。

蘇波指出,AR有可能像計算機一樣,最初只有計算功能,很簡單,但是隨著技術不斷演進,AR有可能成為一個平臺,就像手機一樣滲透到生活的方方面面。

工業企業

為何沒擴大AR使用范圍?

喬輝指出,AR/VR+工業需要分開談,AR+工業有市場需求,但是目前的技術還沒有辦法滿足工業企業需求,例如,設備檢修、巡檢需要三維對象識別,但是目前AR技術最穩定的是二維圖像識別,三維對象識別還無法商用。VR+工業沒有技術難度,但是VR技術特點決定了它的應用場景有限。VR主要適用于設計、培訓、展示類業務場景,一般煤礦、電力、石化等高危行業有硬需求,但是國內企業利潤較低,對新技術的投入比較謹慎,所以VR+工業目前面臨的主要是業務需求和商業模式問題,市場也需要進行教育。

實際上,工業場景當中采用AR技術的較多,而且AR+工業已經發展多年,為什么一直走不出試點、試用的怪圈呢?也就是說,為什么工業企業沒有擴大范圍使用AR技術呢?

蘇波認為,AR眼鏡重量不輕、續航不久、運算不快,造成AR+工業不能真正落地。工業企業在試點試用的時候可以不惜成本,例如西門子采用0glass的解決方案時肯花10萬元,但是當他們打算大規模采用的時候發現現在的AR眼鏡都太重,不適合長時間佩戴,不具有落地價值。

而且現在AR眼鏡的運算太慢,同樣無法滿足工業場景的需求。AR眼鏡主要以3D視頻、模型和圖片為主,而且工業企業數據量很大,比如一輛汽車有幾萬個零部件,需要幾十萬個拆解步驟,運算量很大,如果AR眼鏡運算跟不上,再輕也無法滿足工業應用的需求。而微軟HoloLens的運算能力跟上了,但是體積、重量、視場角又存在缺憾,很難實現平衡。

此外,續航和價格也是企業大規模采用AR眼鏡的時候需要考慮的。按照8個小時工作時長來講,AR眼鏡續航時間一般至少需要8個小時,但是現在的智能眼鏡大多只有兩三個小時。如果從筆記本普及價格來看,一般是在5000元到8000元左右,但是現在AR眼鏡動輒就是上萬元的價格,如果企業要大量使用,價格可能是個攔路虎。

要破除試點試用的怪圈,AR眼鏡企業首先要在重量、運算、續航和價格上下工夫。誰能夠最先做出四個方面平衡的產品誰就有可能成為AR領域的一批黑馬。但要做出一款黑天鵝式的產品并不容易。在功能手機時代,不少企業嘗試做智能手機,但是都沒能成功,直到蘋果iPhone4的出現才帶動了智能手機行業的繁榮,革了功能機的命,讓我們的生活發生了翻天覆地的變化。現在的AR應用還處于初級階段,需要更多的市場驗證,企業級市場爆發至少要到2020年以后。

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