航空智能製造:智能工藝設計與執行無縫集成

人工智能 設計模式 VR 人機交互 看航空 2017-05-21

航空智能製造可理解為智能工藝設計與智能工藝執行的無縫集成。智能工藝設計包含兩個方面內容,一是工藝設計流程顯性化、流程化和模塊化;二是工藝設計活動智能化、閉環化。採用系統工程方法對工藝設計活動進行仿真驗證和閉環優化,從而實現知識融入流程、知識融入設計。智能工藝執行可從兩個維度進行解讀。從生產線維度上講,它形成了高度集成的數字化裝配與試驗生產線,以及高度集成的數字化與自動化生產線。從生產管控維度上講,它實現了生產數據可視化、生產過程透明化、生產管控智能化,進而實現了物理世界和信息世界的閉環控制以自適應生產的變化。製造信息在工程鏈和信息系統之間的傳遞模型化、連續化和準確化,通過信息流動層面實現各層級系統之間信息共享,達到無縫集成的效果。

支撐智能工藝設計:智能工藝仿真與審查

由“傳統的以經驗為主的設計模式”向“基於建模和仿真的科學設計模式”的轉變,已逐漸成為飛機工藝設計發展的必然趨勢。虛擬現實技術與系統仿真方法相結合,既可以發揮仿真工具的預測能力,又能將用戶置身於虛擬世界中,將人的經驗融合到仿真過程中,將感受到的信息進行分析,從而更好的預知和決策。

通過集成虛擬現實技術與工藝仿真軟件,可構建多源信息融合系統仿真環境,具有沉浸性、交互性和構想性。工藝設計人員可完全沉浸到該虛擬環境中,進行工藝設計過程中的各種仿真分析活動。典型應用包括:飛機工藝數字樣機的運動機構模擬、空間分析與漫遊,面向製造的飛機全要素虛擬裝配、面向精益製造的工藝佈局與生產線仿真優化、交互式虛擬試驗等。

支撐智能工藝執行:智能之窗

虛擬現實作為高級人機交互技術,提供人與智能設備/管控系統之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口,充分發揮其“智能之窗”的作用。

生產管控方面,引入VR技術構建虛擬工廠與物理工廠之間的人機交互智能接口,通過不斷獲取真實工廠的運行信息來驅動虛擬工廠的運行,不僅可以直觀的監控到工廠內部設備運行數據、生產資料狀態數據、物流系統運轉數據,而且能支撐工廠內部系統運轉過程中面臨的生產資源調配、設備故障預警、設備運轉效率、工廠經營指標等開展統計、分析、優化、決策。

AR輔助操作方面,針對飛機制造過程中複雜、易出錯的操作,引入AR技術建立智能增強的三維操作手冊,可增強作業人員認知能力,進而提高操作效率,減少操作差錯,節約製造成本。在飛機檢驗檢測、線纜製造、機體表面噴塗等方面具有非常廣闊的應用前景。

培訓示教方面,對飛機複雜裝配操作、數字化裝備的操作培訓、飛機各系統試驗等均具有重要的應用價值,因為和課堂教學、現場培訓相比,基於虛擬現實的培訓具有立體、系統、客觀、可重複性的特點,可實現沉浸式操作演示、交互式操作體驗和技能考核等功能,培訓人員可提高感性認識和實際操作動手能力,以最少的可重複利用的物質投入,實現系統化的、全面的人員培訓。

探索與實踐

航空工業成飛是國內較早開展虛擬現實技術應用研究的航空企業之一,建立了“人在迴路”沉浸式仿真平臺ISP,提高了工藝執行效率,極大減少了操作出錯率。

目前,航空工業成飛以工藝為核心、以需求為導向、以人才為根本,積極籌建沉浸式工程中心,全面開展虛擬現實在航空製造中的工程化應用研究,統一搭建虛擬現實軟硬件平臺,面向不同應用場景,並行開展可視化、虛擬仿真、跟蹤交互等通用虛擬現實關鍵技術的工程化應用研究與實施,全面支撐公司建設航空智能製造工廠。

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