在這一輪航空智能制造轉(zhuǎn)型中，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)將大大提升這一過(guò)程的效率和質(zhì)量。
2017月5月5日，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919成功首飛。接線是飛機(jī)總裝中的一個(gè)勞動(dòng)密集型過(guò)程，C919機(jī)身中有700多線束，固定線束零件3000多種，零件總數(shù)超過(guò)15，0000個(gè)。而且接線工作往往在狹小空間內(nèi)進(jìn)行，其復(fù)雜和精細(xì)程度考驗(yàn)著每一個(gè)接線員，也是總裝任務(wù)成敗的一個(gè)關(guān)鍵。在這一輪航空智能制造轉(zhuǎn)型中，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)將大大提升這一過(guò)程的效率和質(zhì)量。

一、航空智能制造轉(zhuǎn)型中的三類關(guān)鍵技術(shù)
全球經(jīng)歷智能制造轉(zhuǎn)型
當(dāng)前，全球正在經(jīng)歷智能制造轉(zhuǎn)型，各行各業(yè)在圍繞價(jià)值鏈建立智能制造系統(tǒng)，在這一進(jìn)程中，人是難以回避的話題，航空工業(yè)擁有大量像接線這樣無(wú)法自動(dòng)化或?qū)嵤?a target="_blank">機(jī)器人極不劃算的生產(chǎn)過(guò)程。業(yè)界的幾點(diǎn)共識(shí)是：人是智能制造系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，人是智能制造轉(zhuǎn)型之路的核心資產(chǎn)，人是實(shí)現(xiàn)智能制造的潛在瓶頸。因此，提升人的感知、分析、決策、執(zhí)行能力，成為重中之重，即：連接人與智能制造環(huán)境——這是“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念的三大要素之一；增強(qiáng)人獲取和利用信息的能力——這是“工業(yè)4.0”概念的三大范例之一。此外，還要發(fā)展核心競(jìng)爭(zhēng)力背后的核心競(jìng)爭(zhēng)力，即各類智能制造核心技術(shù)。

航空智能制造三類關(guān)鍵技術(shù)
從全球來(lái)看，航空工業(yè)一直處于引領(lǐng)智能制造發(fā)展的位置，對(duì)于航空工業(yè)來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、3D打印都是基礎(chǔ)技術(shù)。航空智能制造的三類核心技術(shù)可以歸納為：數(shù)字線索技術(shù)（洛克希德·馬丁稱為數(shù)字織錦），賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng)（CPPS）技術(shù)，智能人工增強(qiáng)系統(tǒng)技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)字線索是集成軟件、傳遞數(shù)據(jù)、基于模型的全壽命周期分析框架，無(wú)縫連接各階段的“數(shù)據(jù)－信息－知識(shí)”系統(tǒng)，支撐最佳決策；CPPS是智能制造系統(tǒng)的核心，具備“狀態(tài)感知—實(shí)時(shí)分析—自主決策—精準(zhǔn)執(zhí)行—學(xué)習(xí)提升”這一特征；智能人工增強(qiáng)系統(tǒng)由數(shù)字線索支撐，提升對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)和過(guò)程的理解和洞察，充分發(fā)揮人類智慧創(chuàng)新，確保任務(wù)高效無(wú)誤執(zhí)行。VR／AR技術(shù)是智能人工增強(qiáng)系統(tǒng)的重要支撐。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與航空智能制造

1.虛擬顯示技術(shù)伴隨航空數(shù)字化－智能化之路
近兩年不斷涌現(xiàn)的應(yīng)用和炒作，使大家對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)已經(jīng)不再陌生。互聯(lián)網(wǎng)上甚至稱2016年為虛擬現(xiàn)實(shí)元年，其實(shí)VR和AR技術(shù)在航空中的應(yīng)用已經(jīng)分別超過(guò)35和45年，伴隨航空工業(yè)由數(shù)字化一路走向智能化。VR方面——1982年，業(yè)界所成的“VR祖父”為美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)了虛擬耦合空中系統(tǒng)模擬器；2007年，洛克希德·馬丁收購(gòu)好萊塢合作商3DSolve公司（創(chuàng)始人與詹姆斯·卡梅隆等有過(guò)合作）開(kāi)啟動(dòng)作捕捉新天地；2016年，諾斯羅普·格魯門聯(lián)合CAE開(kāi)發(fā)了終極VR訓(xùn)練器。AR方面——1972年，法國(guó)試飛員開(kāi)發(fā)并測(cè)試了軍轉(zhuǎn)民用的平視顯示器；1990年，波音在777飛機(jī)的數(shù)字化研制中創(chuàng)造了“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”一詞（沒(méi)錯(cuò)，AR這個(gè)英文詞來(lái)自航空工業(yè)）；2015年，空客與微軟達(dá)成HoloLens合作協(xié)議，在其正式發(fā)售前進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)用研究，同時(shí)空客旗下Testia公司開(kāi)始在全球范圍內(nèi)銷售其開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。
2. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三大應(yīng)用領(lǐng)域
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航空工業(yè)中主要用于虛擬／增強(qiáng)工程、虛擬／增強(qiáng)建造和虛擬／增強(qiáng)服務(wù)這三大領(lǐng)域。波音、空客、洛克希德·馬丁和諾斯羅普·格魯門等航空制造業(yè)巨頭都擁有不止一個(gè)VR實(shí)驗(yàn)室，并且積極實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐AR技術(shù)，VR和AR技術(shù)給他們帶來(lái)巨大好處。比如，洛克希德·馬丁首先將VR技術(shù)用于F－22和F－35項(xiàng)目，僅沉浸式工程就為F－35項(xiàng)目節(jié)省超1億美元，投資回報(bào)率達(dá)15倍，在太空項(xiàng)目生產(chǎn)上每年節(jié)省1000萬(wàn)美元。
（1）虛擬／增強(qiáng)工程
虛擬／增強(qiáng)工程在設(shè)計(jì)階段早期，利用數(shù)字樣機(jī)將海量數(shù)據(jù)可視化，以更直觀的方式，提升對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的理解，實(shí)施諸如可入／可達(dá)／可見(jiàn)性仿真和活動(dòng)組件的直接評(píng)價(jià)，確保得到最佳的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。還可包括：數(shù)據(jù)審查，產(chǎn)品可行性研究，操作性與功能性分析，面向維修性的設(shè)計(jì)，用戶參與的設(shè)計(jì)，快速便捷的構(gòu)型管理等。虛擬／增強(qiáng)工程對(duì)于基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的意義是，它增強(qiáng)了多學(xué)科的溝通，提早發(fā)現(xiàn)和消滅問(wèn)題。對(duì)于設(shè)計(jì)人員，支撐想法的可視化與交流；對(duì)于工程人員，支撐對(duì)問(wèn)題的分析、理解與優(yōu)化；對(duì)于市場(chǎng)／銷售人員，支撐可視化以向用戶推銷和售賣；對(duì)于管理人員，支撐對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和成本的快速掌握和降低決策。

（2）虛擬／增強(qiáng)建造
虛擬／增強(qiáng)建造在物理樣機(jī)成形前后，分別確認(rèn)和培訓(xùn)裝配工藝，包括工人操作安全性控制、機(jī)械手／人機(jī)工程操作定義與確認(rèn)、裝配仿真／運(yùn)動(dòng)學(xué)確認(rèn)等，提升制造成熟度。還可包括：裝配單元人機(jī)工程、建造操作識(shí)別、手部間隙審查與確認(rèn)，工裝可入性審查、確認(rèn)與培訓(xùn)，數(shù)字樣機(jī)零件審查，虛擬操作培訓(xùn)與零培訓(xùn)操作，虛實(shí)對(duì)比質(zhì)量檢查等。虛擬／增強(qiáng)建造對(duì)于MBSE的意義是，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合，即虛擬優(yōu)化、確認(rèn)和培訓(xùn)以及虛實(shí)結(jié)合的培訓(xùn)、操作和檢查，提升生產(chǎn)制造的質(zhì)效。

（3）虛擬／增強(qiáng)服務(wù)
虛擬／增強(qiáng)服務(wù)在早期虛擬確認(rèn)并培訓(xùn)拆解、維修和組裝程序，實(shí)時(shí)指導(dǎo)維修，節(jié)省可觀的維修成本。還可包括：工具可入性審查、確認(rèn)與培訓(xùn)，維修、修理與大修（MRO）操作可行性分析，虛擬操作培訓(xùn)與零培訓(xùn)操作，以及基于數(shù)字線索的維修等。由于過(guò)程類似，虛擬／增強(qiáng)服務(wù)對(duì)于MBSE的意義也是一樣的，即虛實(shí)結(jié)合提升質(zhì)效。

三、結(jié)束語(yǔ)
需要指出的是，VR／AR技術(shù)不僅僅是一個(gè)眼鏡或者屏幕，其背后是由一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算與通信系統(tǒng)以及數(shù)字線索支撐的。比如AR應(yīng)用一般包括背景認(rèn)知、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)通信三個(gè)組成部分以及基于降階模型的數(shù)字化作業(yè)指導(dǎo)書；具備沉浸、交互和集成特征的“穴式自動(dòng)虛擬環(huán)境”（CAVE）背后是強(qiáng)大的高性能計(jì)算和顯示能力。雖然看起來(lái)很復(fù)雜，但是由于航空工業(yè)在實(shí)施MBSE的進(jìn)程中不斷積累和取得進(jìn)步，VR／AR技術(shù)的應(yīng)用在諸多環(huán)節(jié)上，比機(jī)器人和其它自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用要節(jié)省不少人力物力和財(cái)力，具有很高的性價(jià)比。
全球正在經(jīng)歷智能制造轉(zhuǎn)型，提升人的感知、分析、決策、執(zhí)行能力成為航空工業(yè)的重中之重。基于VR／AR的智能人工增強(qiáng)系統(tǒng)由數(shù)字線索支撐，提升對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)和過(guò)程的理解和洞察，充分發(fā)揮人類智慧創(chuàng)新，確保任務(wù)高效無(wú)誤執(zhí)行。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠得到更好、更貼近用戶需求的設(shè)計(jì)，更合理、更精益的生產(chǎn)工藝規(guī)劃，更省時(shí)、更便捷的人工培訓(xùn)，更高效、更高質(zhì)量的人工操作，極高的投資回報(bào)率和極低的錯(cuò)誤率。人是智能制造系統(tǒng)的有機(jī)組成部分和智能制造轉(zhuǎn)型之路的核心資產(chǎn)，VR／AR技術(shù)也將是未來(lái)航空制造業(yè)提質(zhì)增效的一個(gè)必然選擇，作為核心技術(shù)支撐航空智能制造轉(zhuǎn)型。

2． 再次認(rèn)識(shí)智能制造
提到智能，總是存在Smart和Intelligent兩個(gè)詞。國(guó)外目前普遍提出的是“Smart制造”，它從運(yùn)行角度看問(wèn)題，重在實(shí)現(xiàn)精益、高效、降本、節(jié)能目標(biāo)，使智能的結(jié)果是“聰明的”；我國(guó)往往提出的是“Intelligent制造”，它從功能角度看問(wèn)題，重在集成關(guān)鍵技術(shù)形成系統(tǒng)層級(jí)部署，容易形成為了智能而智能的局面，比如盲目強(qiáng)調(diào)“機(jī)器換人”。另外，“Digital制造”是智能制造的基礎(chǔ)，它從使能角度，體現(xiàn)了智能制造轉(zhuǎn)型中軟件、數(shù)據(jù)和模型這些新興資產(chǎn)的價(jià)值。因此，智能制造的全新定義可以是，在Digital制造使能基礎(chǔ)上，以Intelligent制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制造的Smart結(jié)果。連接人與智能制造環(huán)境和增強(qiáng)人獲取和利用信息的能力，在這一定義下，是實(shí)現(xiàn)Smart制造不可缺少的組成部分。

Smart制造的三個(gè)基本元素是“人—機(jī)—物”，重點(diǎn)是建立它們的自感知和彼此的互聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)信息知識(shí)智慧”（DIKW）過(guò)程的自組織和自優(yōu)化。Intelligent制造的三個(gè)基本元素是“數(shù)字虛體—物理實(shí)體—意識(shí)人體”（參見(jiàn)《三體智能革命》一書），重點(diǎn)是建立并維護(hù)彼此的接口，實(shí)現(xiàn)各層級(jí)智能制造系統(tǒng)的最佳涌現(xiàn)性。顯然，VR／AR技術(shù)就屬于在數(shù)字虛體、物理實(shí)體與意識(shí)人體之間建立接口的范疇，是智能制造的核心技術(shù)之一。