XR技术的企业级应用：助力生产运营的智能化发展

2022.10.26

扩展现实XR（Extended Reality）是虚拟现实VR、增强现实AR和混合现实MR三者的集合。

    扩展现实的发展现状
    经历了2016～2017年“不正常”的爆火后，XR概念在2018年遇冷，资本市场投资热情衰退，硬件设备表现欠佳等问题接踵而至，导致众多创业公司倒闭。2019年，伴随着5G商用元年的到来，AR／MR／VR市场开始逐渐回暖。
    据VR陀螺统计，2019年发布／上市的VR设备共28款，包括14款PC VR头显，11款VR一体机，3款短焦类VR头显；全年上市／发布的AR／MR产品（包括部分原机型）达29款，多家企业推出针对行业的定制版本。据公开披露数据统计，2019年全球全年融资总额为336亿元，较2018年（212亿元）增长了58％；全球全年融资笔数为204笔（上半年87笔，下半年117笔），较2018年增长34％，融资市场在下半年表现活跃，2019年资本市场逐渐升温。

    值得一提的是，XR的企业级应用同样发展火热，其中以工业制造、机械维修、医疗、建筑、能源等行业为主。《哈佛商业评论》于2018年完成的市场调研结果显示，有87％的大公司正在探索、试点或部署混合现实技术，虽然很多还在概念验证阶段，但说明AR／MR／VR技术已在各个行业逐渐渗透。
    笔者认为，XR技术在工业制造及培训领域的应用值得重点关注，下文将针对于这两个场景展开详细探讨。
    AR／MR技术助力工业4．0
    根据Greenlight测算，2019年全球AR／VR工业领域应用市场规模超4亿美元，同比增长 145％，其中AR工业应用市场规模超3亿美元，VR工业应用市场规模1亿美元。
    以智能制造为主导的第四次工业革命（工业4．0）推动了数字技术与物理技术的互联互通。为响应多样化、个性化的需求变化，智能制造成为发展趋势，包括柔性化生产、机器与机器之间的优化调度、机器与人之间的智能交互，这些均依赖于大数据服务和数字化转型。
    企业生产制造所需的重要资产存在于物理世界中，包括工作人员、机器、工具、存货等，他们驱动生产流程，并为最终的产品服务。而新兴技术（IoT、机器学习、增强现实AR、边缘计算、3D打印、大数据分析等）能够从企业的物理资产中收集数据，并进行整合分析，得到洞察结果，从而帮助企业更好地完成市场预测、生产管理等工作，最终实现降本增效。当智能设备、智能生产体系与数字世界实现融合后，大数据可驱动制造企业完成智能化转型。

    驱动制造企业完成智能化转型，XR是关键性技术之一。
    基于核心技术（人工智能、光场技术、计算机视觉技术等）的发展成熟，硬件设备的革新进步，软件与应用场景的拓展完善，增强现实AR与混合现实MR在智能制造领域领域逐渐渗透，为工业4．0的实现增添动力。发展至今，AR／MR技术被应用于设计、生产、质量控制、系统维护等多个环节。
    1．产品设计
    产品设计的基础是客户需求的沟通及确认，借助AR设备可实现3D信息的可视化呈现，简化繁杂的方案沟通过程，加强产品设计者与客户的互动，让产品设计更加符合客户预期。
    2．生产指导
    AR／MR技术及显示设备，能够在不占用工人双手的前提下，将生产流程、装配步骤、设备运行管理等有效信息展现给工人，从而提高生产线上操作的效率和准确率。不仅如此，由于物联网技术的普及和应用，设备之间的互联变得广泛，不同设备的信息通过AR／MR技术进行传递和共享，有利于优化运营策略，提升管理效率。
    3．流程优化与质量管控
    在具体的制造环节中，AR／MR设备可对工业大数据进行实时采集、分析、过滤、存储等操作，同时能将数据信息以3D可视化的方式有效呈现。一方面，及时将实时信息与存储在云端的大数据进行比较分析，能够判断设备运行状况、检查生产的零部件或产品是否符合标准；另一方面，数字化信息的收集与上传可以不断丰富数据库，使大数据分析的准确度得到提升，同时智能化模型得到迭代，最终将有效优化生产流程。
    4．维修与远程协助
    生产设备的运维对于制造型企业来说必不可少，但传统维修操作手册的信息呈现形式不够生动且较为繁杂。而通过AR／MR终端设备，或手机、平板中的AR应用软件可将有关设备结构和功能的复杂信息以3D可视化的形式直观呈现给操作人员，再辅以操作信息提示，极大程度简化了运维操作的学习过程。
    远程专家的指导同样可以借助AR／MR技术实现，AR／MR终端设备获取信息的同时，将操作人员的第一视角与身处异地的专家共享，因此专家可以无障碍完成远程指导。

    以微软HoloLens与德国蒂森克虏伯集团（thysseenkrupp）的合作为例，借助HoloLens和微软云服务Azure，thysseenkrupp的销售人员可利用HoloLens及时扫描现场的环境信息，包括楼梯及周围环境的3D数据等。这些数据被实时上传到微软云上，供团队中负责设计、制造等其他环节的工作人员共享使用。不仅如此，HoloLens可实现结合真实环境叠加产品（楼梯升降机）的虚拟3D模型，让客户得以提前感知产品安装后的呈现效果，以便及时修改和完善设计方案。当然，还可以利用HoloLens为现场技术人员提供远程技术指导。thyssenkrupp产品生命周期管理主管Simon Feismann指出，将HoloLens整合到生产中，可实现整体生产效率提升3倍。
    VR技术拓展企业培训的可能
    虚拟现实VR在企业的模拟培训中应用较为广泛。由于VR设备所呈现的是完全虚拟的仿真世界，因此企业可借此模拟一些正常状态下无法实现的极端情况（例如：逃生训练），以培训员工应急处理的能力。
    据亿欧与重庆闪酷科技发展有限公司（专注多媒体互动技术研发及应用，擅长VR的开发与应用）总经理的交流，VR技术在企业培训场景中逐渐普及，所涉及的行业以石油石化、电力、职业教育为主。
    实际的应用主要包括设备操作和场景体验两大类。针对一些贵重、精密的设备，培训中的实际操作难以实现，员工可以借助VR设备及应用虚拟化体验，详细了解设备的组成结构和操作方法。对于场景体验类项目，除了模拟实际中不常发生的场景（应急情况、安全事故等），如何让模拟系统与企业的实际生产相结合也是企业较为关心的，这需要在充分了解工艺流程的基础上进行模拟计算，以便反应设备运行的真实状态，例如化工产品生产线上某个设备内部的介质反应情况。

    （设备操作类应用场景示意）
    据了解，最初很多企业选择VR技术辅助员工培训是出于对新科技的追求，但经过几年的发展，更多的企业是从实际需求出发，在认真评估投入成本以及最终可实现的效果后再选择一些定制化的服务。作为VR解决方案的服务商，闪酷科技表示，他们会借鉴游戏中的一些机制，增添培训系统的趣味性，以提高员工的认可程度。此外配合万象行走仪等外接体感设备，可以让参与培训的员工更加真实体会在场地中实际行走、操作的感觉。
    VR技术还能应用于智能巡线场景，将全场景虚拟化（包括生产流程、设备、管控开关等），通过数字孪生技术将实时的生产、运营数据在虚拟空间完成映射，从而对虚拟空间中的设备的实时运行状态进行监管。虽然该技术在理论上具备可行性，但前期需要投入很多，包括安装足够的传感器以建立全面覆盖的物联网系统，实际操作难度较大。因此，企业更多选择AR设备或智能机器人辅助完成智能巡线。
    写在最后
    总体来说，扩展现实在行业中的应用正逐渐渗透和发展，助力企业的数字化转型升级。随着相关技术的成熟与融合，硬件设备的革新，成本的进一步降低，AR／MR／VR将为更多行业带来改变。