虚拟装配助力制造业加速产品产出与确保产品质量的4个使用案例

在工业制造领域通常依赖3D模型实现产品设计。但当涉及到装配流程设计时，事情将变得更加复杂。虚拟现实技术的应用正好填补了这一处空白，使可视化或模拟装配过程、维护场景或质量控制成为可能。

在本篇文章中我们将通过4个真实的场景来为大家深入介绍如何使用虚拟现实虚拟装配线设计改变制造业工厂制造流程游戏规则。这些场景分别为：

1、通过在虚拟现实中可视化产品改进生产流程

2、使用虚拟现实模拟和3d点云建立或重组生产线

3、通过人体跟踪和虚拟现实模拟优化工作空间的人体工程学

4、帮助二级工厂参与VR协作，最终确认流程定义

1. 通过在虚拟现实中可视化产品来改进生产流程

如何组织一条生产线，以最低的成本最大限度地提高生产率，同时提供足够的质量水平？这是制造工程师每天都要面对的问题，想要设计一条完善的生产线面临着许多挑战：

l 符合现行法规和标准

l 优化产品制造流程

l 改善人机界面

l 避免返工/遵守质量标准

生产线装配流程设计方案工程师的输入之一也是产品本身。整条生产线容易组装吗？生产线的不同部分是否易于安装？

这些问题通常会在开发过程的后期阶段（通常是在物理原型开始制作时）才能得到回答，这也让负责生产线制造的工程设计师感到头疼。例如在设计汽车装配流程时如果流程设计出现错误那么很有可能出现在安装座椅时需要拆掉车门这样重复工作的问题发生。

虚拟现实现在可以帮助检查项目每个阶段的可制造性，以避免这种情况的发生。通过使用TechViz的“虚拟装配”功能，用户可以交互式地移动CAD模型的任何部分，查看碰撞并记录路径，以便稍后重新加载模型进一步研究。这使用户能够验证安装和卸载任务，同时考虑零件之间的机械约束（轴向枢轴、线性平移等）。

2. 使用虚拟现实模拟和3D点云设置或重组生产线

影响建立生产线任务的一个关键因素便是生产线与同时建造新设施否基于greenfield方法，，或已建立的生产线是否能够顺利植入到现有工厂之中。

这两种情况都有存在挑战，能够在项目的每个阶段将未来生产线可视化无疑是一个关键优势。虚拟现实模拟提供了具有关键性意义的决策工具，我们可以用它来解决多种问题。它可以展示将变更应用到流程中所能预期的所有性能变化。通过使用虚拟现实模拟应用，现在工程、设计师们可以在沉浸式环境中测试多种场景中生产流程的可行性和真实性能，从而有效节省成本。

对于新建筑的设计与施工，目前行业中的主流标准是使用BIM模型进行建筑设计。但是，如果用户想对现有的设施进行改进或改造，由于建筑设计师可能没有现有建筑的的BIM模型。因此一个可行的解决方案便是使用激光扫描技术或摄影测量技术来获得建筑物的点云。比较来自3D点云的“竣工”数据和BIM模型中的“设计”信息将使建筑公司能够更有效地完成建筑物设计与建造任务

使用案例：一家一级汽车制造商准备建立一个新车型的生产线。正如汽车行业经常出现的情况一样，组装工厂已经运营了相当长一段时间，并且没有数字孪生。通过使用TechViz的“融合”功能，现在设计师可以检查新设备在引入时或运行期间是否干扰了生产线的结构与整体装配流程。为了达到这一结果，工程师扫描了现有厂房和徕卡气旋上的点云图像，然后使用基于西门子PLM的CAD模型工具设计新设备。

3. 通过人体跟踪和虚拟现实模拟优化工作空间中的人体工程学

虚拟现实在制造业的另一个用途是从人体工程学的角度设计制造工作站。

即使使用3D模型，也很难预计工人将如何在工作场所中移动和与设备进行交互。CAD软件可以生成人体模型，并且可以通过点击使它们移动。当然你也乐意通过使用动作捕捉套装来记录真实人体在工作场景中的动作数据，这将使你得到更真实的模拟效果。但在CAD模型中可视化人体的正确的移动仍然不足以用于确定工作场所的正确布局。

使用案例：如何帮助客户重新设计工作空间的例子？你了解“停止生产线”标准吗？当一名员工注意到正在组装的产品存在缺陷时，他有责任拉下绳子，停止一切生产组装任务，直到问题得到解决。

在此案例中客户注意到在他们的装配线上“停止生产线”绳子的位置不符合人体工程学原理。这将导致工人们无法正确地接触到它，从而最总造成修复检测到的产品质量事件出现延迟。通过将TechViz软件与动作捕捉套装配合使用，现在客户能够在CAD模型中记录工人的真实动作。头部运动和视角也将通过TechViz软件记录和更新，这些采集到的数据将有助于有效改进生产线中的人体工程学设计。

4. 帮助二级工厂参与VR协作，最终确认流程定义

跨越多个工厂的产品组装项目如今越来越常见，并逐渐趋于常态。一份来自麦肯锡全球研究所的报告指出，到2030年，从事全球化组装项目的人数将达到35亿。项目规划是项目成功的关键因素。但是，拥有遍布全球的设施和办公室的公司如何才能高效地完成同一项目呢？

在建立生产流程时企业通常面临多种挑战：

l 每座工厂的生产设施具有不同的布局和限制；例如，新建工厂与现有工厂的生产设施具有一定区别

l 不同地区的工人们具有非常不同的身体特征：美国工人和中国工人

l 不同工厂拥有不同的制造技术：激光焊接与传统焊接

在过去，这些问题是通过首先定义某一工厂的制造过程来解决的，我们通常称之为母工厂。一旦这个生产流程趋于稳定，随着母工厂产品产量的增加，该工厂的生产流程就会被应用到二级工厂。

然而，许多研究表明，上市时间是项目盈利的关键，尽可能同时启动所有工厂所带来的压力越来越大。虚拟现实协作是使之成为可能的关键工具之一。借助虚拟现实协作，多个用户可以来自不同的地方的不同VR显示系统（HMD，3D屏幕，CAVE……）导航相同的3D模型。因此通过使用该技术二级工厂可以更早地参与到从设计到制造的过程中，解释并确切地显示它们的特定约束条件从而更加有效的跟进产品生产流程。

简而言之，在制造业中应用虚拟现实协作的主要优势在于：

优化与利益相关者间的沟通方式

减少产品发布之间的延迟

缩短产品从设计、组装到最终上市的时间