Techviz：如何利用VR技术优化航空航天制造中的设计和装配流程？

Techviz：如何利用VR技术优化航空航天制造中的设计和装配流程？

飞行器的设计和制造是一项相当大的挑战。组成一架飞机的数百万个部件必须尽可能轻，同时又非常坚固，它们必须按照精确的顺序组装。这就导致飞机的组装过程必须在完全全球化的供应链环境中进行（在全球不同的地点进行组装）。

在传统的飞机装配流程中通常存在着一些关键问题，如：

l 设计概念错误的风险将随着项目中涉及的承包商和工人的数量成倍增加。

l 组装过程必须非常精确，需要高度优化的制造工厂和符合人体工程学的工作站才能高效运行设计、组装任务。

l 真实环境中的组装测试成本较高且不易进行。

l 分包公司必须相互合作来设计组件的每一部分，并通过协作构想出最终的大规模产品。

解决所有这些问题的一个方法是使用虚拟现实技术。虚拟现实协作平台可增强工程师之间的沟通，允许他们以1:1的比例实时处理共享3D模型。在本篇文章中，我们将向大家介绍如何通过虚拟现实技术来优化航空航天设计与制造过程中的产品上市时间和装配制造操作流程。

现代航空航天设计、制造流程

建造飞机或航天器需要什么

建造飞机或飞行器需要不同的材料、工艺和技能。例如，在制造过程中你可能需要会金属加工的承包商，会制造电气和电子设备的承包商，会制造人体工程学仪表板的承包商等等…所有这些流程都是从汽车行业、计算机行业、机器人行业和许多其他行业使用的流程中提炼出来的。但这还只是针对飞行器的外部结构。随着计算机工程和电子学的发展，在国防工程和武器制造的子系统和辅助设备中还出现了许多新的参数特征，这也进一步考验着相关制造商的设计与制造能力。

想要制造一架完整的飞机，在后勤方面需要大量的工作装配程序。所以，如果想快速制造如此大规模的产品，同时保持高质量，在产品投入生产之前就需要做好优化工作，并且最好不使用物理原型，以大幅节约成本。这些优化包括更快的原型制作过程，例如在虚拟现实中检查飞机原型，加快上市时间，特别是不同的部分可以预先进行测试。如此一来将大大减少开发时间和任何花费在替换非功能组件上的时间。

随着航空产业在国防工业中的高要求，以及这种大规模的产品制造所包含的承包商数量，使得误差风险倍增。因此误虚拟现实技术也是检查设计错误的一种非常高效的方式。

飞机的组装流程

在航空业，一般会有一个主承包商或系统集成商将整个项目分成几个子组件。例如，运输机的后机身部分将与飞机的其余部分分开组装，而其他部分是并行构建的。然后，这一部分也将在不同的分包商之间进行划分，这些分包商将依次与他们自己的供应商就他们自己的零件和模块进行交易。然后不同的部分将被组装，首先是每个分段，然后是所有的分段（机身，机翼尾部，引擎…）主装配线。

为了防止出错，在组装之前，每个子部件的性能都要经过检验。测试主要模拟飞行环境，这包含不同的数据，如风速、真空、温度或振动等。这些抽象的数据可使用一个虚拟环境单独可视化呈现飞机组装过程中的每个部分，虚拟装配技术可确保装配流程正确无误，并且每个部分都符合技术要求。

最终组装是飞机装配流程中最关键的一步，因为公司需要复杂的机械来装配和移动飞机中的较大部分组件。如机身的组装，该组装流程通过使用不同的工作站处理辅助设备，以及内部管道和电缆。

组装过程完成后，就要进行另一轮验证。尽管一些测试可以通过飞机的虚拟原型预先完成，但大部分测试都需要对最终产品进行测试才能通过检测。然而三维模型在这一步将非常有用:它可以被用来查找程序集中的错误，或作为数字孪生并复制最终产品中可能发生的令人难以查觉的变化。

利用虚拟现实优化航空制造业工作流程

为什么航空航天和国防工业依赖虚拟现实技术

虚拟现实（VR）是通过使用计算机建模和模拟，使用户戴上虚拟现实头显（或眼镜）进入到虚拟环境中与3D模型和虚拟对象进行交互的一项技术，在虚拟现实中用户的感觉就像在现实环境中一样。虚拟现实将有助于用户完全沉浸在虚拟世界中。由于美国国家航空航天局（NASA）的资助，虚拟现实技术在航空航天领域取得了巨大的发展。

在传统流程中，新飞行器的设计需要多次设计迭代。由于并非所有的设计错误都是可以预见的，因此大量的设计返工是很常见的。70%到80%的航天产品成本是在设计阶段确定的。因此，航空航天和国防工业的制造商首先应该关注的是优化设计流程，以缩短整体上市时间。

虚拟现实如何加速设计和制造过程

正如上文所介绍的，组装一个大规模的产品，比如一架飞机，需要许多分包商的合作。制造一架飞机是一个漫长而复杂的过程，因为每个制造商都依赖几家供应商来制造自己的部件。它不仅带来了远程协作的问题，而且参与项目的人越多，可能出现的错误就越多。

所有这些棘手问题都可以通过使用虚拟现实远程协作平台得到解决，每个制造商都可以在虚拟现实远程会议中“插入”他们的CAD模型，并用其他公司的3D数据进行组装。即使他们不使用相同的CAD软件来创建他们的零件模型，或者即使它们不在同一地点（或国家）。

当用户进入虚拟环境，每个承包商都可以通过自己的创作在整体模型中体现出他们单独组建的模型设计结构（如飞机座舱、内饰材质等）。他们可以通过互联网进行协作，并且负责项目大部分的每个装配人员都可以轻松检查模型并查找设计错误。

虚拟现实技术在航空航天领域的其他应用

虚拟现实是一种应用广泛的工具，在航空航天和国防工业的其他方面非常有用，例如使用虚拟现实技术创建的专业培训，在飞机维修时帮助技术人员了解飞机的构造等等。增强和虚拟现实技术已经在如建筑制造、工业培训、航空航天设计制造等领域帮助诸多企业获得从设计到市场的智能解决方案。

关于Techviz

Techviz是一套支持多通道显示的工业仿真完整协作工具和可视化解决方案，支持底层为OpenGL的所有三维软件，可实现将模型以可视化3D的形式在多个设备中同时展现（如iPad、虚拟现实头显、LED大屏、CAVE等），Techviz软件还支持多人协作功能，可帮助企业实现线上虚拟现实会议，从而缩减因差旅所造成的成本与时间浪费，有助于企业提升设计审核效率，节约设计制造成本。

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