工业4.0技术如何变革制造业？

 

据高盛在2016年初发布的报告预测，2025年全球虚拟现实与增强现实市场规模将达到800亿美元。其中，工程、医疗、地产等重资产行业将是其中的重要应用场景。随着增强现实技术硬件和软件的进步，以及数据处理能力的大幅提升，越来越多的制造公司已经开始使用该技术，以提升生产与管理效率。作为下一个重要的计算平台，从设计到生产，到质量控制，再到后期维护和员工培训，增强现实技术正在有力推动现代制造业的变革，并为工业4.0的实现增添动力。

 

1.工业设计

 

传统工业设计阶段主要包括五个主要步骤：了解客户需求——将需求转换为技术输入——提供多种解决方案——选择客户可接受的可行性解决方案——将确定方案转移到制造团队。可以说，这种传统设计过程非常复杂，需要花费大量的精力和时间来为客户公司确定最佳可行的产品。而将增强现实集成到设计开发阶段，可以简化传统的繁琐过程，增强与客户的互动，使产品设计更加符合客户需求。

 

电梯制造商蒂森克虏伯为销售人员配备了微软增强现实眼镜HoloLens，当销售人员到达建筑现场时，可以使用HoloLens测量楼梯等实际环境的3D数据，通过云端将数据与公司相关部门共享，实现实时反馈。HoloLens还允许销售人员在现有的真实楼梯上叠加楼梯升降机的虚拟3D模型，让客户提供可以轻松地体验安装后的场景和功能。同时，蒂森克虏伯还使用HoloLens为现场技术人员提供远程支持，可以将通常需要2小时的问题缩短到20分钟，大幅降低维修的时间成本。汽车制造商沃尔沃尝试让工程师使用HoloLens来加速新车型、零部件和汽车内饰的研发。

 

通过AR眼镜，工程师可以看到汽车内部的结构信息以及某个部件的3D图形，并对其进行操作调整;还可以与设计师和销售团队快速沟通，充分了解消费者的需求偏好，并提高新车研发速度。

 

2.装配制造

 

众所周知，在工业生产过程中，很多环节还需要工人手动操作，特别是在装配过程中，装配的周期时间取决于操作工人的技能熟练度，特别是飞机、汽车等复杂的大型机械设备。例如，飞机拥有大量且复杂的电子线路，在面临数千根电线组成的线束组件中，装配工程师必须遵循功能手册进行工作，这是一项耗时耗力且非常影响工期的过程。飞机制造商波音公司利用谷歌的AR眼镜来简化装配流程，通过APX Labs公司研发的应用程序，工程师可以通过AR眼镜扫描装配现场的某个部件的二维码，该部件的线束的装配指导就会自动在眼镜上显示出来，工人只需要按照指导步骤即可完成装配工作。

 

据统计，使用AR技术，可以使工程师的装配时间缩短25%，出错率降低50%。美国最大的军用飞机制造商洛克希德-马丁公司也在尝试将AR技术应用到飞机制造过程中。公司借助爱普生Moverio的AR眼镜，得以让生产人员更方便地了解零部件的编号和操作流程，从而实现准确快速的装配生产。在安装起落架的部件时，工程师通过AR眼镜显示的安装手册和操作步骤，可以详细了解每根线缆、螺栓以及需要安装的位置和编号等信息，从而完成安装。据统计，通过使用AR眼镜，工程师的装配速度能够提高30%，准确率达到96%。此外，通过AR技术，还可以将安装指导手册和质量要求显示在AR眼镜上，从而大量缩短工人的培训时间。

 

3.质量检验

 

质量检验是确保出厂产品符合所有要求的重要环节。传统生产需要大量检查点的清单才能完成，而质检人员需要对最终产品的交付负责。因此，客户收到的产品的质量，不仅取决于生产过程中的产品质量把控，还取决于质检过程的准确性。AR技术通过为质量控制提供交互式的平台，可以查看实时显示的产品尺寸精度、公差和表面光洁度等详细信息，方便质检人员轻松执行复杂任务。

 

世界汽车零部件供应商麦格纳使用微软HoloLens帮助检查汽车及零部件是否存在潜在缺陷。当佩戴HoloLens的质量检验员查看汽车时，AR眼镜就会显示出要检查的零件信息，还会指导质检员逐步进行检查工作。

 

保时捷公司正在使用AR技术进行汽车质量检测。在德国莱比锡的保时捷装配厂，技术人员使用增强现实技术作为质量保证流程的工具。AR系统可以对供应商的零部件进行扫描，并将数据上传到云端数据库。在生产车间中，质检人员使用AR设备对汽车的问题部分进行拍照，然后自动加载该部件的确切尺寸进行比较。保时捷还计划使用超高精度的摄像头和云端数据库相连接，以实现对零部件和组装部件的实时分析，帮助质检人员节省大量的时间。此外，美国保时捷经销商的技术人员已经在使用AR眼镜诊断和维修车辆，通过远程实时视频交流将维修服务时间缩短了40%。

 

空客公司正在使用混合现实应用MiRA将数字模型集成到生产环境中，使装配工人能够查看正在生产的飞机的完整3D模型。据空客公司称，混合现实技术已用于A380和A350 XWB生产线，以检查二级结构支架的完整性，这些支架可将液压系统和其他设备固定到位。据统计，检查A380机身中的6万-8万个支架，传统检测方法需要3周的时间，而使用混合现实技术只需要3天即可完成。

 

4.维修与售后

 

每个行业都需要定期维修各种设备，以确保日常生产的正常运行，但制造业的相关设备维护要远比家用消费电子更为复杂，对维修人员的要求也会非常高。因为他们必须全面熟悉设备的结构和功能，并且要参考大量的技术图表以及厚达数百页的服务手册。

 

重型设备制造商卡特彼勒正在利用增强现实技术辅助维护和维修工作。通过公司开发的AR App，维修人员可以在智能手机、平板电脑甚至AR眼镜上查看设备问题，通过交互式可视化操作，完成维修工作。

 

三菱公司使用AR系统进行各种维护工作，包括检查水处理厂和建筑电气系统。维修人员只需用移动设备的摄像头扫描需要维修的设备，设备会自动识别设备型号，并将维修流程展示出来。

 

5.员工培训

 

培训是企业获取高素质员工的重要方式。公司通常会投入大量的时间和金钱进行各种培训活动，以提升员工的技能素质和稳定性。相较于传统的纸质培训或监督式的培训方法，AR技术可以使培训方式变得具有互动性；突破位置限制，实现远程培训；还可以确保培训期间员工的人身安全。

 

汽车技术供应商博世公司开发了一款增强现实应用程序，将员工训练计划、手册等内容进行数字化处理，为员工提供文本、图像、动画、音频、视频等内容。AR交互式界面允许员工使用简单的手势对内容进行缩放、旋转等操作。汽车制造商捷豹路虎与博世和RE'FLECT合作，为员工设计了一款AR综合训练应用程序。该程序的目标是培训新技术人员，而无需拆卸和重新安装车辆仪表板。用新设计的应用程序，技术人员只需将iPad指向仪表板，即可查看隐藏在设备后面的所有内容。通过传感器，技术人员还可以轻松确定各种接线的确切位置，并与每个组件进行交互。该程序生成连接和接线图，允许教练在实际车辆上进行培训练习，而无需花时间拆卸和重新组装。

 

通过AR技术，捷豹路虎实现了新员工的快速培训，并将培训成本降至最低。总体来看，增强现实在制造业的应用目前还处在初级阶段。随着相关技术的成熟、成本的进一步降低，以及与3D打印、数字孪生、工业物联网、预测分析、机器学习、机器视觉等技术的融合应用，增强现实将对制造业带来更多改变。