虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）在工程机械领域的发展与研究

来源:用户上传      作者:

　　[摘 要]近年来，随着VR、AR技术快速发展，相关技术运用到生产生活中逐渐为大众所熟知。工程机械作为施工建筑的专业设备，随着时代的发展进步需要新兴技术来提升性能和效率。文章通过介绍VR、AR技术及其特点，并介绍了VR、AR技术在工程机械行业的实际使用情况及其发展趋势。
　　[关键词]VR、AR技术;应用场景;工程机械
　　[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2020.15.171 随着虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）的发展和完善，这类技术手段可以在工程机械企业的研发、生产、培训和营销等各个环节上解决相关问题，同时快速建立企业和客户之间的联系，帮助客户解决工程机械在施工现场的问题。
　　1 虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）
　　虚拟现实技术（VR），是指通过电脑建立一个虚拟空间环境，通过视觉、触觉等多种感知方式进行实时模拟交互。虚拟环境是指利用计算机图形系统和各种显示及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境。
　　增强现实技术（AR），是将现实环境世界和虚拟信息集成一体的新技术，通过电脑合成技术，将虚拟的信息加载到真实图像世界，通过人类感官接收信息，达到超越现实的感官体验。通过真实环境和虚拟信息实时地加载到了图像画面。
　　2 虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）的发展情况
　　经过几十年的发展，VR、AR在技术上已经越来越成熟，在一些电影和动漫中，可以看到曾是幻想式的科技场景如今因为AR技术的出现变得不再不可能，如名侦探柯南的眼镜可以获取实景信息并帮助人物分析现场情况。现实生活中，VR、AR技术在机械、医疗、建筑、汽车、教育等领域也都有了一些应用产品，且其数量和种类逐年增长。
　　2018年4月，苹果公司研发的最新专利，名为“基于立体成像的自适应交通工具增强现实显示技术”。苹果自动驾驶技术结合AR、VR技术，如图1所示。驾驶员可以通过相关设备技术看到车辆的视觉盲区。自动驾驶汽车的AR控制系统，可以将车辆行驶过程中采集的数据信息和来自云端中的3D信息进行分析判断，提供更加丰富及时的路况信息数据，帮助自动驾驶系统进行决策。
　　另外，车辆的行驶信息可放映到汽车挡风玻璃上，让乘客查看。在无人驾驶环境中，云端将储存的地理数据信息建立3D模型，包括道路、楼房、加油站等数据。而AR技术系统，通过自动驾驶汽车的传感器、激光雷达采集到的路况信息与3D模型信息进行汇总分析，使驾驶员在车辆行驶过程中对实时路况掌握得更加精确和全面。
　　汽车驾驶应用VR/AR技术是汽车行业的其中一个环节，VR/AR技术可用于汽车领域的各个环节，新技术的应用是汽车产业的全新变革。
　　3 虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）在工程机械领域的发展
　　VR和AR技术不仅在汽车行业有所突破与发展，在工程机械方面也有所运用和发展。在施工现场，复杂工程机械设备因机器故障导致设备停机，工期延迟，导致经济损失。利用远程实现实时监控，共享设备维护运转等专业知识，可以帮助工人修理和进行故障排除、保养维护等问题。VR（虚拟现实技术）和AR（增强现实技术）可以帮助解决可视化指导操作的一系列问题。同时，这种技术可以进行设备使用的操作指导或解决设备问题的技术支持，确保设备正常运转。
　　Scope AR是一家基于Qualcomm Vuforia平台提供增强现实智能指令和支持视频通话的系统方案供应商，其VR和AR技术在工程机械中的智能管理如图2所示。他们通过该平台为客户提供培训、维护、远程协助、评估、品控及诊断等全套服务。通过增强现实技术（AR）叠加动画说明，工人高效地学习工作程序，同时可精准、安全地进行工作。
　　卡特彼勒公司对外宣布其CAT LIVESHARE软件平台的应用前景，通过该平台可增强现实视频通信，为其使用方进行实时远程支持、培训指导和设备保养，同时，通过虚拟现实设备建立虚拟工厂，对卡特彼勒的产品和厂房设计模型进行数字化模拟仿真，使工程师能够身临其境地对产品的外观、内饰、各零部件进行虚拟验证，或优化工厂功能布局和生产制造流程。
　　目前，卡特彼勒的设计已经充分应用了研发虚拟现实技术，提升研发效率，降低生产成本，缩短研发周期，提高产品的稳定性。
　　4 虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）在工程机械领域的应用范围
　　4.1 VR、AR虚拟装配、生产线应用
　　在机械制造中，通过零部件组装成产品，到最后装配时才发现相关的设计问题，例如机械产品配合、设计结构的错误，造成废品的产生，交货期延误，企业蒙受经济损失。采用VR技术建立虚拟零部件进行装配，用户可以进行产品的模拟装配过程，在虚拟装配过程中检查零部件的设计，装配过程是否产生干涉情况，对零部件设计图进行修改。
　　VR技术应用在产品生产中，能够提高设计水平，提升企业生产效率，缩短生产周期，降低生产成本。VR技术的运用使得企业提高市场反应能力，生产环节加强柔性化。同时，AR技术能够把培训、远程通信转至生产一线，提高生产一线的工作效率，降低生产成本。在今后，随着AR、VR技术的不断完善发展，工程机械生产与AR、VR技术的联系更紧密。
　　4.2 VR、AR在工程机械设备维修中的应用
　　工程机械设备维修中使用AR技术，提高维修效率。利用针对机械设备维修的AR智能眼镜查看设备故障维修的具体操作步骤。同时，通过智能眼镜通信系统，帮助维修人员进行维修操作指导。因此，工作经验不错的维修人员，也可以在系统帮助下完成维修维护任务，也可保证操作过程的标准化和规范化。AR技术与设备系统监控数据分析，可分别判别机械设备是否运转正常，故障问题分析排除，实现设备稳定的使用。
　　4.3 VR、AR技术在工程机械行业中的营销优势
　　当前，专业设备制造企业已经部分应用VR、AR技术，把产品的外形、材质、零部件和内部構造以及机械的设计原理、工作过程、性能特征、使用方式等，通过虚拟三维影像呈现出来，如图3所示。随着VR、AR技术的普及，各大工程机械公司已经广泛应用。
　　利用VR技术，客户无死角地了解产品的内部构造和设备使用方法等。同时，还能把设备的检修保养、故障判断维护教程指导客户学习使用，这样可以保证设备正常运行，还能更便捷地维修设备，大大地增加了客户的购买欲望。
　　对工程机械设备企业而言，应用VR技术之后，展会、推行环节时，通过VR、AR技术加强客户对产品的了解，减少设备转运、布展等成本的付出。
　　5 结论
　　随着以智能制造为核心发展的第四次工业革命，主要围绕“智能工厂”的建设和“智能生产”的格局，可涉及整个工程机械企业的物联网、人工智能、人机交互、AR/VR等新技术在企业研发、生产、制造、营销过程中的各个方面，为企业和用户提供依托于AR、VR技术的远程协作、培训指导、维修保养、安全预警等功能，降低人力、物力等各方面企业成本。同时，以便进行设备维护支持，VR、AR技术会集成到工程机械设备的后市场中。这将为更方便服务于使用者，促进服务的提升，提高品牌影响力，更好地了解终端用户的使用情况，提升产品的质量，为企业和用户创造更大的价值。
　　参考文献：
　　[1]韩萍， 张彦生. 高新技术在工程机械上的应用及发展[C].北京：中国工程机械学会年会，2003.
　　[2]徐晓光， 喻道远， 饶运清，等. 工程机械的智能化趋势与发展对策[J].工程机械， 2002， 33（6）：9-12.
　　[3]王世明， 杨为民， 李天石，等. 国外工程机械新技术新结构和发展趋势[J].工程机械， 2004（1）：4，65-70.
　　[4]邵杰， 张勇. 自动化技术在工程机械使用中的应用效用探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2011（9）：148.
　　[5]赵红， 烟承梅， 严纪兰. 我国机械自动化技术的应用与发展前景展望[J].安阳师范学院学报， 2014（5）：65-67.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-15223168.htm