工业4.0”下，AR技术的应用如何应用

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-10-01 11:40 标签： AR技术的应用

不只是维修！飞机、汽车生产线是如何应用AR技术的？

原标题：不只是维修！飞机、汽车生产线是如何应用AR技术的？

　　近年来，在大多数工业4.0和智能制造的规划文件中，AR（增强现实）都是最热门的技术之一，被屡次提起，几乎没有工业企业表示完全没兴趣对AR进行评估，并了解它将为自己的企业带来哪些助益。但是在目前的大多数情况下，正在探讨的AR应用场景都以某种方式和维修产生联系。这不是因为容易实施，而是AR能够完全解决常见的维修问题，并且很容易想到该如何操作。

　　德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。主要有两大主题，一是“智能工厂”，二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D、AR等新技术在工业生产过程中的应用等。


基于与工业企业的合作基础，我们着重关注了生产线上的AR，了解对于在产线上进行实时作业的技术人员来说，AR能对他的日常作业产生什么帮助。主要参考和维修无关的几个指标：关键性能指标（KPI）可视化，标准操作指令、人机交互方式，和可追溯性等。经过测试，我们发现了一些有趣的规律：


“工业4.0”中的AR 1、AR的关键特性作用“信息可视化”

　　在“工业4.0”中，产品在完整的供应链和生产周期中始终保有自身信息，除产品特性之外，还集成了信息存储、传感、无线通讯、自我检测等功能。


　　而AR的特色价值在于信息呈现给用户的方式，它叠加在“现实”之上，信息、按钮、图形被“标定”到与之相关的真实物体对象上，让产品这一载体做到信息可视化呈现。在应用中，借助AR，可以使用阀门图标和立体标签来说明阀门的状态，便于生产线上的操作人员直观地获知信息。但如果只是把关于阀门的平面信息表叠加在有价值的实时图像上，通过更复杂的方式，与工具和对应物体建立关联，这对于产线作业人员来说，不仅减弱了信息价值还增加了操作难度。

　　2、操作指令标准化

　　在汽车发动机等器械设备的产线上，AR可以通过3D识别技术识别需要拧下的螺丝，并在真实物理组件上叠加3D模型指令，指导需要操作的按钮应该向左还是向右旋转；在组装过程中用动态视频做说明（低能见度条件下全景视频增强显示等AR技术手段已经做了可操作性支持），对缺乏经验的操作人员来说，可以节省大量的时间并降低错误发生率。在类似的场景中，AR都能发挥标准化、创新型的作用。

　　在波音公司的飞机生产线上，作业人员使用AR眼镜完成客机机身内部错综复杂线束的组装，而不是依照手中的飞机内部结构指令手册或参照PDF图一步步完成线束的组装和连接，数据统计，这一举措使波音工人组装线束的错误率降低50%，时间缩短了25%。


波音工人按照AR眼镜的提示进行布线

　　3、AR与工业4.0的交互

　　工业4.0下，生产线上的作业人员与器械设备之间的交互是多模式融合的，传统的手、脚之外，声音、眼球、面部表情等都能成为信息传输途径，与器械互动。不得不说，这更贴近人本能的自然交互，身体所有的动态和变化都将产生有效信息，多模式融合的交互无疑也将提高作业效率。


工业4.0下的多模态交互

　　AR的智能终端天生的“解放双手”，帮助作业人员在正常的操作场景中用不同的方式完成指导、检测、信息存储、远程协作，与IOT互联等操作，这其中手的动作只是诸多交互方式之一。可见，AR是改变用户与机器和生产线交互的方式的好机会。


AR智能眼镜的交互方式

　　在制造业生产产品的过程中，个性化需求日益增强、产品更新换代快、生命周期缩短的问题显而易见。传统刚性生产线的升级与改造一方面耗时耗力，另一方面生产线的更新速度远落后于产品更新的速度，不能复用高昂设备成为制造产业最大的成本之一，从而使柔性化生产成为企业的首要考虑。

　　SAP与中科院沈阳自动化研究所（简称沈自所）联合开发的首条工业4.0示范生产线，以个性化定制汽车模型为例，用户可以直接在网络渠道DIY（如选颜色和车型）并下单，订单信息传送到ERP、MES生产制造执行系统、PLC生产控制系统以及HANA大数据处理平台等整个信息链条。需要特别注意的是，从产品下订单、生产规划再到物料准备、生产线调整，整个制造全过程在虚拟的信息空间中重构，消费者、工厂的管理人员和工程师都能作为监控方。在这个过程中，不难发现AR的价值空间。在AR几乎的帮助下，消费者可以随时随地挑选车辆，并在线上观看整个“AR生产线”，对管理人员和工程师来说，还能做到实时巡检和调控。


5、严谨评估、协同配合

　　AR在工业制造领域有巨大的潜力，不仅仅是维修。但它不并不是全方位的解决方案，要知道，AR本身的优势不在于创建信息，而是以不同的方式呈现、整合、优化信息和数据。在“工业4.0”时代，AR是一个新伙伴，但还需要和其它“伙伴”如机器人、人工智能、3D打印、云计算、大数据等等一起实现“智能生产”。工业企业在选择AR时候，需要和AR解决方案提供商深度合作，共同进行严谨的方案评估，而在当下，这并不容易。

　　纵然AR的工业化应用，还有不少问题，但我们应该相信“AR+工业”是一个有巨大价值的方向，并且正在高速发展，要知道在一年前，不少AR演示还都是在PPT中，而现在已经有了不少基于智能手机、平板、AR眼镜的工业AR应用。这个过程并不需要多少时间，“工业4.0”正在紧紧拥抱AR。

　　本文内容来源于国内AR公司亮风台，亮风台是一家专注于AR（增强现实）核心技术和行业服务的人工智能公司，正在和合作伙伴深入探讨AR和“工业4.0”、智能制造的融合。



　　AR正在重新定义指导、培训和训练。这些提高员工生产力的关键职能本质上是代价高昂且劳动密集型的，而且往往会产生不均衡的结果。例如，编写组装任务的书面指令往往非常困难又花费时间，标准教学视频又不具有互动性，不能适应个人的学习需求。面对面的培训是昂贵的，且需要老师和学生同处一室。而如果没有可供学生实际学习操作的设备，他们可能还需要额外的培训来将他们所学的书面知识运用到实际。

　　AR通过为产品组装、机器操作和仓库拣选等任务提供实时、现场的逐步视觉指导来解决问题。例如，手册中程序的复杂2D示意图变为交互式的3D全息图，来为用户展现必要的过程，而不需要用户自己去想象或者解释。

　　在波音，AR培训已经对复杂的飞机制造程序的生产率和质量产生了巨大的影响。在一项波音公司的研究中显示，AR被用来指导学员完成50个步骤，来组装一个涉及30个部件的飞机机翼部分。在AR的帮助之下，学员完成工作的时间比使用传统二维图纸和文档的受训者少35%。而经验不多或没有经验的受训人员，对比使用传统方法的受训者，第一次就可以正确进行操作的人比之前增加了90%。

　　支持AR的设备还可以将用户正在查看的内容实时传输给远程专家，他们可以立即给予指导。实际上，不论用户身处何方，专家都可以随时帮助用户。销售和服务建筑系统的公司Lee发现这种能力不仅提高了员工的工作绩效，还大大降低了成本。Lee使用AR来帮助现场技术人员来进行安装和维修。一位远程专家可以通过他的AR设备共享技术人员的视野，指导技术人员完成工作，甚至可以用显示在AR上的指示来说明观点。实时获得中心区域专家的支持显著提高了Lee的技术利用率。而且，通过减少重复到访的次数，Lee的技术人员每人每月可节省超过500美元的差旅费。Lee为AR投资的每一美元都可获得20美元的回报。

　　传统上，人们已使用物理控制如按钮、旋转钮以及内置的触摸屏来与产品进行交互。随着SCP的兴起，移动设备上的应用程序通过允许用户远程操作产品，已逐渐取代了物理控制。

　　AR将用户界面提升到一个全新的水平。虚拟控制面板可以直接叠加在产品上，用户可以使用AR头显、手势和语音命令来进行操作。很快，带着智能眼镜的用户将能够通过简单地凝视或指向产品来激活虚拟用户界面并对其进行操作。例如，佩戴智能眼镜的工作人员将能够走出工厂机器线路，查看它们的性能参数，无需实际触摸即可调整每个机器。

　　AR的交互能力在商业产品中还处于初级阶段，但却是具有革命性的。Reality Editor是麻省理工学院媒体实验室Fluid Interfaces小组开发的一个AR应用程序，它提供了一个展示如何快速演变的视图。Reality Editor可以轻松为任何SCP添加交互式AR体验。有了它，人们可以将智能手机或平板电脑指向SCP(或最终通过智能眼镜来查看)，“查看”其数字接口和可编程功能，并将这些功能与手势或语音命令甚至是另一个智能产品连接起来。例如，Reality Editor可以让用户看到一个智能灯泡的颜色和强度控制，并设置像“明亮”和“心情”的语音命令来激活它们。又或者可以将灯泡的不同设置连接到智能灯开关上的按钮，用户可以将其放置在任何便利的位置上。

　　支撑这些能力的技术仍在不断涌现，在嘈杂环境中的语音命令准确性正在提高，手势和注视追踪的进展非常迅速。通用电气公司已经在AR经验中测试使用了语音指令，使工厂的工作人员能够在风力涡轮机中执行复杂的布线操作，并将生产率提高了34%。

　　AR的著名表兄弟VR(虚拟现实)是一种互补而独特的技术。当AR在物理世界中叠加数字信息时，VR用计算机生成的虚拟环境替代物理现实。虽然VR主要用于娱乐应用，但它也可以复制物理设施用以实现培训目的。当所涉及的东西是远程或危险的时候，VR会非常有用。或者，如果训练所需的机器不可用，就可以利用VR来让技术人员浸入虚拟环境以查看设备的全息图。所以当需要的时候，VR增加了第四个能力——模拟AR的可视化、指导和交互的核心能力。

　　AR比VR更广泛地应用于商业领域。但在某些情况下，把AR与VR相结合将允许用户超越距离(通过模拟遥远的位置)，超越时间(通过再现历史背景或模拟未来可能的情况)，并超越规模(通过允许用户与环境建立联系去体验因过大或过小而不能直接体验的事物)。而且，将人们聚集在共享的虚拟环境中还可以增强理解力、团队合作能力以及交流和决策的能力。

　　以福特为例，他们正在使用VR技术建立一个虚拟工作室。在这个工作室中，分散在各地的工程师可以实时地在车辆原型的全息图上进行协作。参与者可以四处走动，进入这些真人大小的三维全息图，来计算如何改进设计细节。如方向盘的位置、仪表盘的角度以及仪器和控制的位置等而无需建立昂贵的物理原型，并让大家可以在同一个地方去检查它。

　　美国国土安全部正在进一步将AR指令与VR模拟相结合，以培训人员对爆炸等紧急情况做出反应，这不仅可以降低成本，还可以避免在真实环境训练时产生的危险。能源跨国公司的BP将VR虚拟环境与AR培训程序叠加在一起，帮助他们实施协调的紧急响应，而无需高昂的成本和风险。

　　AR通过两种方式创造商业价值：第一，通过成为产品本身的一部分；第二。通过提高产品开发、制造、营销、服务等众多领域的产品链价值。

　　AR作为产品的功能

　　让AR的功能发挥且不断增长的设计重点在于创造更好的用户界面和人体工程学。产品向用户传达重要操作和安全信息的方式日益成为差异化的一个方面(考虑到移动应用如何在如Sonos音频播放器等产品中补充或替换嵌入式屏幕)。AR有望迅速改善这种界面。

　　最近才被汽车采用的专用AR显示屏多年来一直是战斗机等精英军用产品的一个重要特色，也被商用飞机所采用。这些类型的显示器太过昂贵且笨重，无法集成到大多数产品中，但是智能眼镜等可穿戴设备可以提供一个突破性的界面，这对所有制造商都有广泛的影响。使用智能眼镜，用户可以在任何能够与之通信的产品上看到AR显示。

　　举个例子，如果通过智能眼镜查看厨房烤箱，你可能会看到虚拟显示屏中显示烘焙温度、计时器上的剩余时间以及您的配方。如果你接近你的汽车，AR显示屏可能会显示它已被锁定，油箱接近满油，左后轮胎压力低等信息。

　　由于AR用户界面是纯粹基于软件并通过云端提供的，因此可以进行个性化发展。提供这种界面的增量成本很低，而且当传统的按钮、开关和拨号盘等被移除，制造商还可以节省大量资金。每个产品制造商都要仔细考虑下一代界面对他们的产品和竞争定位的破坏性影响。

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