虚拟现实技术在汽轮机行业的应用

引言

随着工业4.0时代的到来,智能制造在信息化飞速发展的推动下影响着越来越多的企业,作为装备制造业的皇冠,汽轮机行业也将打开新时代的大门。在全球信息化的浪潮中,如何结合信息化的特点和企业自身优势对企业进行转型升级,将会是未来制造型企业所需要面对的一个重要挑战和机遇。

1虚拟现实技术(VirtualReality)

虚拟现实技术(以下简称VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真,能使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术主要具有想象性、交互性、沉浸性三大特点。

当前,随着VR技术的不断发展和完善,它在各个行业领域的技术应用也越加广泛和深入。VR技术在娱乐行业最常见的应用,就是通过模拟各种娱乐场景,大大增强趣味性及真实体验感;在艺术领域,VR技术也能增强艺术表现力,丰富创作手段;在医学领域,利用VR技术可以建立虚拟人体模型,用于了解人体器官结构,模拟手术过程,熟悉医疗器械的使用和操作等,意义非凡;在军事航天领域,虚拟训练和演习已经成为重要项目之一;在室内设计和房产开发方面,VR技术能使用户更为直观地体验房屋结构、装修设计、景观配套,因而成为引领消费的强有力手段之一。

而在工业领域,特别是在汽轮机领域,VR技术的影响将更为深远。在信息和网络主导的社会大环境下,工业制造型企业也将向着数字化工厂的方向逐步深入,而VR技术作为重要的可视化交互手段,在营销、设计、生产制造、运行维护及资源管理等方面也将起到不可忽视的作用。

2VR营销

对于制造型企业来说,营销部门是接触产品市场的第一线。作为营销部门的员工们,需在充分了解企业产品特点的基础上,致力于挖掘用户的需求,推广、传播和销售产品。在这一过程中,充分展示公司汽轮机产品的高效、稳定、安全等优势特点将会是营销环节的关键,而日益成熟的VR技术将为这一过程提供更多更直观更具吸引力的展示手段,让用户更准确地体验到公司汽轮机产品的优势,契合其需求。

一方面,通过VR技术沉浸式的交互体验,能够让营销人员方便、快捷、直观地掌握公司汽轮机产品的各方面特点,了解技术研发、产品升级带来的变化。

另一方面,通过VR技术沉浸式的产品体验,能够让用户更直观地了解到产品的工作运行过程,甚至能够体验实际机组运行环境中汽轮机产品的状态,参与到产品的操作、控制、运行及维护的仿真环境中(图1),让汽轮机产品与用户直接交互和对话,这比营销人员说一天还要有效果,能够有效引起用户的共鸣,吸引其购买公司的产品。不过,这种方式会将产品的内容完全展示给用户,只有我们的产品质量过硬才能带给用户最好的体验。

图1 VR仿真环境

3VR设计

以前,上万个零件组成的机械产品在虚拟环境下通过人机互动完成结构功能设计的酷炫场景只可能在电影里实现,但现在通过VR技术完全可以真实地完成产品的虚拟设计并用于实际产品的生产。设计人员通过VR设备及以往的设计数据可以实现整台汽轮机的虚拟设计。从热力计算、结构强度设计到仪控系统、装置系统的完整设计,各个环节设计人员都能时刻体验到任何设计变化对产品所带来的影响。小到一个螺栓,大到整个缸体,设计人员在产品设计开发前期阶段就能体验到设计改动在性能、结构、工艺、加工甚至后期的安装、运行、维护等方面引起的变化。

通过这种沉浸式交互的设计方式,可以在产品设计阶段就考虑到可能影响产品质量、成本及开发时间等后续环节的因素,避免设计方案的反复改进,从而大大缩短新产品开发周期,减少由于设计原因产生的不利影响。利用虚拟产品进行仿真、分析、计算,可以提高产品在时间、成本、质量等多方面的效率,达到全局优化和一次开发成功的目的。与此同时,通过同样的方式也可缩短新员工学习培养的周期,调动设计团队的积极性,保持并提高设计团队的活力和水平。

4VR制造

VR技术在生产制造环节的应用更为深入,能够与各个生产加工制造过程相融合,更便捷、准确地指导产品的生产制造装配过程。

在产品的生产制造过程中,因为设计理解有误、工具选择不当、设备操作不当等原因产生的补加工、返修、报废等情况是制造型企业不得不面对的问题,对产品的返修、报废数量的控制直接影响到企业对产品成本、产品质量、生产管理的控制,进而会影响产品生产周期、现场安装进度,最终给用户带去不良影响。

通过VR技术的应用,制造部的员工能够直观体验详细的工艺过程和操作步骤,随时查询加工操作状态,规范管理整个加工制造过程,使生产制造过程逐渐脱离以往依靠个人经验进行工作的模式,减少工厂内专家型工人的雇佣,降低劳动成本。VR技术对于复杂零部件的装配则更有帮助。它不仅可以虚拟整个装配过程,明确各个零部件的装配关系,更能通过临场互动的方式发现装配中存在的问题和不便,进行装配优化或结构优化,同时也能使制造部的员工直观地体验到优化带来的变化和效果。相信通过这样的方式,可以有效降低装配错误率,缩短装配时间。

另一方面,对于多发问题和特殊情况的处理也能在VR技术的帮助下模拟出较为准确和可行的方案。在数字化工厂结合了VR技术后,企业对工人的培训不再是熟练掌握某一项加工或制造技能,而是熟悉和掌握这些高效并且易操作的数字化工具,这成本远比长时间培养工人提升技能熟练度要低得多。

同时,通过虚拟产品制造环境和加工设备,可以分析改进生产计划和生产工艺,从而对实际产品制造过程进行优化,合理配置场地、员工、工具、设备等资源,整体提升生产制造效率。

5VR服务

结束了设计、生产制造的环节并不意味着产品销售的完成,在产品运至用户现场之后,还有安装、调试、试运行、长期运行、大修等诸多售后服务环节。对用户来说,这些售后服务才是其最关心,也是对汽轮机产品使用最直接的体验和感受。

通过VR技术在售后服务的应用,首先可以在产品安装调试阶段更加直观准确地进行每一个步骤的操作,减少因为人为因素所造成的错误和损失。

其次,可以根据以往安装调试运行大修中的经验,有效地应对各种突发问题和疑难问题,快速帮助用户排忧解难,减少用户的损失,提升企业品牌价值,从而为企业和用户提供双赢。

此外,VR技术作为高效、可靠的可视化手段,能够为企业服务人员和用户现场的服务人员提供沉浸式的产品体验,来达到产品培训和使用说明的目的。

同时,虚拟在危险情况下如何保证人员和设备的安全,这是在现实世界中无法做到的。通过VR技术能有效地培养工作人员在危机状态下的意识和行动,并且记录和评估员工的临危表现,用以改进安全预案,降低事故风险。

6结语

通过以上的描述可以认识到,在装备制造行业特别是在汽轮机行业,VR技术的应用是非常广泛的,应用潜力也很巨大,在产品整个生命周期的每个环节都能发挥积极有效的作用,配合现在迅速发展的智能移动终端,VR技术的应用将更灵活更智能。相对来说,对VR技术应用和开发的投入却并不高,综合来看算是小成本、大收益的改善方案,也会为企业将来的市场开发、产品推广、降本增效提供不小的助力。

现在,有许多国际性的制造企业正在大力推广VR技术的应用。波音公司生产线通过VR技术来完成飞机线束的组装,有效降低了错误率,缩短了组装时间:福特公司将VR技术用于验证汽车装配过程,使生产线的意外伤害率减少了70%:诺丁汉大学的李强提出了一种VR系统用于改善夹具设计和装配过程:普惠公司用VR技术在新兴喷气式飞机引擎上培训工程师,而不会对昂贵的发电机部件造成损害:Aerosim的虚拟维护培训师正在被TAM航空公司用于教授系统逻辑和操作、故障诊断、故障隔离程序和返回服务访问。

这些走在世界技术前沿的大企业都开始对VR技术进行广泛深入的探索和开发,利用VR技术的特点提升企业各个方面的能力。作为高端装备制造业中的一员,汽轮机行业也应对此方面深入进行开发研究,通过与用户市场的共赢,引领新时代数字信息化背景下的转型升级,使企业品牌更具影响力。