在這一輪航空智能制造轉型中，虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術將大大提升這一過程的效率和質量。
2017月5月5日，國產大飛機C919成功首飛。接線是飛機總裝中的一個勞動密集型過程，C919機身中有700多線束，固定線束零件3000多種，零件總數(shù)超過15，0000個。而且接線工作往往在狹小空間內進行，其復雜和精細程度考驗著每一個接線員，也是總裝任務成敗的一個關鍵。在這一輪航空智能制造轉型中，虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術將大大提升這一過程的效率和質量。

一、航空智能制造轉型中的三類關鍵技術
全球經歷智能制造轉型
當前，全球正在經歷智能制造轉型，各行各業(yè)在圍繞價值鏈建立智能制造系統(tǒng)，在這一進程中，人是難以回避的話題，航空工業(yè)擁有大量像接線這樣無法自動化或實施機器人極不劃算的生產過程。業(yè)界的幾點共識是：人是智能制造系統(tǒng)的有機組成部分，人是智能制造轉型之路的核心資產，人是實現(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”概念的三大要素之一；增強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)展核心競爭力背后的核心競爭力，即各類智能制造核心技術。

航空智能制造三類關鍵技術
從全球來看，航空工業(yè)一直處于引領智能制造發(fā)展的位置，對于航空工業(yè)來說，物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、機器人、3D打印都是基礎技術。航空智能制造的三類核心技術可以歸納為：數(shù)字線索技術（洛克希德·馬丁稱為數(shù)字織錦），賽博物理生產系統(tǒng)（CPPS）技術，智能人工增強系統(tǒng)技術。簡單地說，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，無縫連接各階段的“數(shù)據(jù)－信息－知識”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—實時分析—自主決策—精準執(zhí)行—學習提升”這一特征；智能人工增強系統(tǒng)由數(shù)字線索支撐，提升對復雜系統(tǒng)和過程的理解和洞察，充分發(fā)揮人類智慧創(chuàng)新，確保任務高效無誤執(zhí)行。VR／AR技術是智能人工增強系統(tǒng)的重要支撐。

二、虛擬現(xiàn)實技術與航空智能制造

1.虛擬顯示技術伴隨航空數(shù)字化－智能化之路
近兩年不斷涌現(xiàn)的應用和炒作，使大家對虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術已經不再陌生。互聯(lián)網上甚至稱2016年為虛擬現(xiàn)實元年，其實VR和AR技術在航空中的應用已經分別超過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”為美國空軍開發(fā)了虛擬耦合空中系統(tǒng)模擬器；2007年，洛克希德·馬丁收購好萊塢合作商3DSolve公司（創(chuàng)始人與詹姆斯·卡梅隆等有過合作）開啟動作捕捉新天地；2016年，諾斯羅普·格魯門聯(lián)合CAE開發(fā)了終極VR訓練器。AR方面——1972年，法國試飛員開發(fā)并測試了軍轉民用的平視顯示器；1990年，波音在777飛機的數(shù)字化研制中創(chuàng)造了“增強現(xiàn)實”一詞（沒錯，AR這個英文詞來自航空工業(yè)）；2015年，空客與微軟達成HoloLens合作協(xié)議，在其正式發(fā)售前進行各項應用研究，同時空客旗下Testia公司開始在全球范圍內銷售其開發(fā)的增強現(xiàn)實質量檢測系統(tǒng)。
2. 虛擬現(xiàn)實技術的三大應用領域
虛擬現(xiàn)實技術在航空工業(yè)中主要用于虛擬／增強工程、虛擬／增強建造和虛擬／增強服務這三大領域。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VR實驗室，并且積極實驗和實踐AR技術，VR和AR技術給他們帶來巨大好處。比如，洛克希德·馬丁首先將VR技術用于F－22和F－35項目，僅沉浸式工程就為F－35項目節(jié)省超1億美元，投資回報率達15倍，在太空項目生產上每年節(jié)省1000萬美元。
（1）虛擬／增強工程
虛擬／增強工程在設計階段早期，利用數(shù)字樣機將海量數(shù)據(jù)可視化，以更直觀的方式，提升對復雜系統(tǒng)的理解，實施諸如可入／可達／可見性仿真和活動組件的直接評價，確保得到最佳的產品設計。還可包括：數(shù)據(jù)審查，產品可行性研究，操作性與功能性分析，面向維修性的設計，用戶參與的設計，快速便捷的構型管理等。虛擬／增強工程對于基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的意義是，它增強了多學科的溝通，提早發(fā)現(xiàn)和消滅問題。對于設計人員，支撐想法的可視化與交流；對于工程人員，支撐對問題的分析、理解與優(yōu)化；對于市場／銷售人員，支撐可視化以向用戶推銷和售賣；對于管理人員，支撐對風險和成本的快速掌握和降低決策。

（2）虛擬／增強建造
虛擬／增強建造在物理樣機成形前后，分別確認和培訓裝配工藝，包括工人操作安全性控制、機械手／人機工程操作定義與確認、裝配仿真／運動學確認等，提升制造成熟度。還可包括：裝配單元人機工程、建造操作識別、手部間隙審查與確認，工裝可入性審查、確認與培訓，數(shù)字樣機零件審查，虛擬操作培訓與零培訓操作，虛實對比質量檢查等。虛擬／增強建造對于MBSE的意義是，通過虛實結合，即虛擬優(yōu)化、確認和培訓以及虛實結合的培訓、操作和檢查，提升生產制造的質效。

（3）虛擬／增強服務
虛擬／增強服務在早期虛擬確認并培訓拆解、維修和組裝程序，實時指導維修，節(jié)省可觀的維修成本。還可包括：工具可入性審查、確認與培訓，維修、修理與大修（MRO）操作可行性分析，虛擬操作培訓與零培訓操作，以及基于數(shù)字線索的維修等。由于過程類似，虛擬／增強服務對于MBSE的意義也是一樣的，即虛實結合提升質效。

三、結束語
需要指出的是，VR／AR技術不僅僅是一個眼鏡或者屏幕，其背后是由一個強大的計算與通信系統(tǒng)以及數(shù)字線索支撐的。比如AR應用一般包括背景認知、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)通信三個組成部分以及基于降階模型的數(shù)字化作業(yè)指導書；具備沉浸、交互和集成特征的“穴式自動虛擬環(huán)境”（CAVE）背后是強大的高性能計算和顯示能力。雖然看起來很復雜，但是由于航空工業(yè)在實施MBSE的進程中不斷積累和取得進步，VR／AR技術的應用在諸多環(huán)節(jié)上，比機器人和其它自動化技術的應用要節(jié)省不少人力物力和財力，具有很高的性價比。
全球正在經歷智能制造轉型，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的智能人工增強系統(tǒng)由數(shù)字線索支撐，提升對復雜系統(tǒng)和過程的理解和洞察，充分發(fā)揮人類智慧創(chuàng)新，確保任務高效無誤執(zhí)行。通過虛擬現(xiàn)實技術，能夠得到更好、更貼近用戶需求的設計，更合理、更精益的生產工藝規(guī)劃，更省時、更便捷的人工培訓，更高效、更高質量的人工操作，極高的投資回報率和極低的錯誤率。人是智能制造系統(tǒng)的有機組成部分和智能制造轉型之路的核心資產，VR／AR技術也將是未來航空制造業(yè)提質增效的一個必然選擇，作為核心技術支撐航空智能制造轉型。

2． 再次認識智能制造
提到智能，總是存在Smart和Intelligent兩個詞。國外目前普遍提出的是“Smart制造”，它從運行角度看問題，重在實現(xiàn)精益、高效、降本、節(jié)能目標，使智能的結果是“聰明的”；我國往往提出的是“Intelligent制造”，它從功能角度看問題，重在集成關鍵技術形成系統(tǒng)層級部署，容易形成為了智能而智能的局面，比如盲目強調“機器換人”。另外，“Digital制造”是智能制造的基礎，它從使能角度，體現(xiàn)了智能制造轉型中軟件、數(shù)據(jù)和模型這些新興資產的價值。因此，智能制造的全新定義可以是，在Digital制造使能基礎上，以Intelligent制造系統(tǒng)實現(xiàn)制造的Smart結果。連接人與智能制造環(huán)境和增強人獲取和利用信息的能力，在這一定義下，是實現(xiàn)Smart制造不可缺少的組成部分。

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