虚拟现实引发的智能制造大变革

    当前，随着计算机、传感、网络通信等技术的快速发展，虚拟现实逐渐向工业领域渗透应用，为制造业的研发、生产、管理和服务等各环节带来了深刻变革，进一步推动了智能工厂的发展。日前，西门子在英国一处工厂里安装了Virtalis虚拟现实（VR）软件和系统，用于实现装配工艺的模拟和优化、提高概念设计的效率、精简设计单位和更加有效地进行工厂规划，通过VR技术对产品进行制造前的虚拟评估，解决其在制造过程早期阶段出现的问题。针对于此，结合当前全球智能制造的发展现状，围绕虚拟现实引发的智能制造领域变革，简要分析如下：

一、虚拟现实引发的智能制造变革现状

    1、打造数字化模拟工厂，推动生产组织方式变革

    基于虚拟现实打造的数字化模拟工厂能够对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期，推动生产组织方式变革。虚拟现实是数字化模拟工厂的核心技术，数字化模拟工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，利用虚拟仿真技术对制造环节从工厂规划、建设到运行等不同环节进行模拟、分析、评估、验证和优化，指导工厂的规划和现场改善。数字化模拟工厂的典型应用包括：加工仿真，如加工路径规划和验证、工艺规划分析等；装配仿真，如装配设计、装配过程运动学分析等；物流仿真，如物流效率分析、物流设施容量、生产区物流路径规划等；工厂布局仿真，如新建厂房规划、生产线规划等。

    2、基于虚拟制造技术，实现设计制造过程最优化

    虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品设计、加工、装配、检验等全部流程的模拟和仿真。通过虚拟制造技术，企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成，预测、检测、评价产品性能和制造可行性，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化以及生产效率的最大化。奔驰、宝马、大众等公司利用虚拟制造技术建立“数字汽车”模型，设计发动机、车体、电气线路等，并进行碰撞分析和运动分析、模拟数控加工和质量检验等，可将新车型的研发生产周期从一年以上缩短至2个月左右，开发成本最多可降到原先的1/10。

    3、深化工业领域应用，加强远程管理等服务支持

    随着三维显示、图像处理、传感等技术的快速发展，虚拟现实在工业领域的应用逐渐从设计、生产环节向管理、服务等环节延伸，为用户提供更完善的产品及服务解决方案。利用虚拟现实技术和设备，用户可获得身临其境的沉浸感，实现对工厂设备的远程监控，实时了解数字化车间的生产状况，在线获取工厂设备的运行数据，并通过交互技术实现远程操作维护、设备管理，或对现场人员进行远程维护指导和培训。博世力士乐推出的工业4.0远程服务解决方案搭载了自主研发的InSight Live虚拟现实技术，能够提供即时的远程诊断支持，提升现场服务效率并降低维护成本。

二、下一阶段发展趋势

    1、计算机视觉重要性日渐突出，将成为半导体厂商战略转型方向

    随着虚拟现实技术的兴起，计算机视觉的重要性日渐凸显，图形处理器、图像传感器等市场需求不断提升，将成为芯片厂商的战略布局方向。虚拟现实技术需要高质量的交互渲染效果，计算机视觉和图像处理技术在其中起着关键的支撑作用，是推动虚拟现实普及应用的基础。图形处理器、视觉芯片、图像传感器、运动传感器等核心零部件产品需求的不断提升，将为半导体芯片行业提供新的战略转型机遇。目前已有部分半导体芯片厂商围绕计算机视觉和虚拟现实等领域开展战略布局。AMD推出的虚拟现实解决方案Liquid VR可通过最新数据抓取、异步着色引擎、协同多GPU等功能，在让用户获得更低延迟、更流畅的画面；NVidia推出的Gameworks VR和VR Direct技术，能够明显改善虚拟现实设备普遍存在的图像延迟状况。

    2、高性能计算需求不断提升，云计算将成为虚拟现实发展推动力

    虚拟现实技术对设备的计算、网络、存储能力提出了较高的要求，云计算模式能够降低硬件配置和成本，提升计算处理能力，将成为推动虚拟现实发展的重要抓手。虚拟现实技术需要实时三维计算机图形技术、广角立体显示技术、肢体跟踪技术、感觉反馈技术和人机交互等技术的支持，这些都对计算、网络和存储能力提出了新的挑战，目前VR设备的CPU、GPU运算处理能力不足以完全支撑“拟真”的运算量。采用基于云计算模式建立虚拟现实，由云端来进行图形处理，能够降低对虚拟现实设备的性能配置需求，实现在三维环境下沉浸式数据展示和多人远程交互共享，大幅降低使用成本，提升用户体验。在性质、功能、用户界面和软件等方面需求发生变化时，采用基于云端的交互设备进行迁移和改造更为方便。

    3、跨界合作与投资收购日趋频繁，VR生态圈建设将成为布局重点

    当前，各领域跨国企业正在积极围绕虚拟现实开展跨界合作与投资收购，构建VR产业生态圈将成为跨国企业深度布局虚拟现实市场的重要着力点。虚拟现实作为一个新兴行业，产业链发展尚未完全成熟，半导体厂商、互联网企业等正在积极从零部件（传感器、芯片）、硬件设备、软件应用、内容和服务等环节开展投资布局，通过合作与收购整合产业链上下游资源。跨国企业间的市场竞争逐渐从技术、产品竞争向VR产业生态圈竞争转移，通过构建涵盖设备、内容、分发平台、应用和服务等全产业链的闭环生态体系，抢占市场制高点。日前，HTC联手28家风险投资机构共同成立虚拟现实风险投资联盟，将斥资100亿美元投资VR领域公司，推动全球VR生态圈的进一步完善和发展，此外，HTC还拆分了其Vive业务并成立子公司，以打造全球VR生态系统。

三、对国内企业的建议

    1、加强技术产品研发，前瞻布局新兴市场

    注重传感、图像处理、三维仿真等关键技术研发，积极围绕广角立体显示技术、动作捕捉技术、感觉反馈技术和人机交互技术等开展跟踪研究。加强图形处理器、视觉芯片、图像传感器、运动传感器等核心零部件产品研发投入，前瞻布局云计算、虚拟现实等新兴市场，寻求企业战略转型方向。

    2、积极开展收购合作，构建产业生态体系

    充分发挥半导体厂商、软件开发商、互联网公司等各自优势资源，针对VR领域初创公司开展投资收购与跨界合作，加强虚拟现实产业链上下游资源整合。将零部件、硬件设备、软件应用、内容和服务等环节作为布局重点，积极构建虚拟现实产业链闭环生态体系，抢占市场制高点。

    3、注重技术融合创新，加强行业应用渗透

    信息技术企业从服务与应用层面入手，凭借在传感器、云计算等领域的技术优势，加强虚拟现实技术在工业领域的融合应用创新。积极开展数字化虚拟工厂建设，推动虚拟现实技术从研发设计、加工、装配、检验等生产环节向设备管理、远程诊断维护等服务环节渗透延伸，为用户提供完善的产品及服务解决方案，推动生产组织方式变革。