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中国信息通信研究院:2019年工业虚拟现实应用场景白皮书(附下载)

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近日,虚拟现实产业推荐会发布了《工业虚拟(增强)现实应用场景白皮书(2019)》,内容涵盖VR/AR+工业的发展背景、产业分析和应用场景等多个方面。

白皮书由中国信息通信研究院、青岛海尔工业智能研究院有限公司、中兴通讯股份有限公司、美国参数技术公司、中国联通网络技术研究院、同济大学、亮风台信息科技有限公司等联合撰写。

在工业智能化升级的背景下,VR/AR已经成为重要的创新动力引擎之一,而工业也是当前VR/AR商业落地的重要方向。此次参与白皮书撰写的企业单位中,海尔智研院牵头成立国内首个虚拟现实技术工业应用联合实验室,以海尔互联工厂为实践基地,促进VR/AR等相关技术在家电以及制造业的规模化应用,目前已在多个智能互联工厂落地。亮风台是国内AR领域的头部企业,也是海尔智研院的战略合作伙伴,在工业领域开拓多种商业应用场景,为能源、汽车、家电、制造等企业提供AR技术与产品,此外,5G、3D软件、传感器等也是工业智能化实现的重要组成,参与的各企业单位,基于自身研发或应用积累,撰写了此白皮书,内容若有疏漏,烦请不吝指正。

以下文章内容来源于白皮书,重点选取了其中AR的部分。

虚拟现实作为新一代人机交互平台,聚焦身临其境的沉浸体验,强调用户连接交互深度,对人类认识世界、改造世界的方式方法带来重大变革。随着技术和产业生态的持续发展,虚拟现实的概念不断演进。业界对虚拟现实的研讨不再拘泥于特定终端形态,而是强调关键技术、产业生态与应用落地的融合创新。

根据工信部的定义,虚拟(增强)现实(Virtual Reality,VR/Augmented Reality, AR)指借助近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息通信技术,构建身临其境与虚实融合沉浸体验所涉及的产品和服务。从广义来看,虚拟现实包含增强现实,狭义而言彼此独立。本白皮书使用狭义界定,暨区分虚拟现实与增强现实,其中虚拟现实(VR)通过隔绝式音视频内容带来沉浸感体验,增强现实(AR)强调虚拟信息与现实环境的“无缝”融合。

虚拟现实涉及多类技术领域,可划分为五横两纵的技术架构。“五横”是指近眼显示、感知交互、网络传输、渲染处理与内容制作,“两纵”是指 VR 与 AR,两者技术体系趋同,且技术实现难 度均高于手机等传统智能终端,如手机等设备在芯片、屏幕等核心领域的性能过剩成为虚拟现实的性能门槛。

工业+虚拟现实:潜力大、应用空间广、发展迅速

工业+虚拟现实是指将虚拟现实应用于工业生产的需求分析、总体 设计、工艺优化、生产制造、测试实验、使用维护等环节,实现工业产品设计-制造-测试-维护的智能化和一体化。

制造业智能化升级需求是工业和虚拟现实融合发展的根本驱动。虚拟现实技术体系逐步完善,推动工业+虚拟现实的快速发展。工业+虚拟现实的应用场景正在不断演进,主要包括产品设计、运维巡检、远程协作、操作培训和数字孪生等方面。

美、欧、日等工业发达国家都将虚拟现实技术作为未来市场竞争的关键手段,在工业领域已形成可集成软件平台和成熟硬件产品。我国也在积极推动虚拟现实技术在工业中的应用。

(国内外虚拟现实在制造业的应用情况)

随着虚拟现实在垂直行业中的深化应用,工业虚拟现实的活跃度也日益提高。根据市场反馈和技术发展趋势,预计在未来的2-5年内,虚拟现实的工业应用将进入快熟成长阶段,市场上有效产品和解决方案的供给不断丰富,覆盖工业制造、管理、服务的全流程,成为智能制造发展的重要平台和基础支撑。

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。预计2023年AR/VR工业领域市场规模将达到33.6亿美元,其中AR市场28.5亿美元。预计2018-2023年全球AR/VR工业领域应用市场规模将保持83.5%的高速复合年均增长率,AR占据主体地位且增速更为显著。从工业类别来看,当前AR工业应用中制造、建筑、汽车、能源占比较为平均,各为18%左右。

工业+虚拟现实应用:场景多样,融入流程,提速落地

白皮书中例举了工业虚拟现实技术应用的各大场景,涵盖AR远程协作、AR作业指导、AR专业技能训练、AR产品展示与说明书、AR管理可视化、AR辅助设备点检、AR仓库管理、AR品质异常记录等不同方面。

AR远程协作支持一对一、一对多、多对多等各种场景,也可自由选择接入通讯的终端设备类型(如手机、电脑、平板、AR眼镜)。AR远程交互,实现远程音视频连接、一键冻屏、多人通话、实时标注、文件传输、电子白板、全程记录。

具体的应用场景可分为专家支持、作业监督和实景考察三大类场景。

(AR远程交互案例)

国外新工厂的工人遇到设备调试、维修等技术难题,只需戴上AR眼镜连线总部,远在千里之外的技术人员就可以通过音视频进行指导,并在上面做标记、标注、传文件等操作,从而帮助工人实时解决技术难题。让海外技术沟通问题迎刃而解,而且全程录影记录,最终可以形成技术问题案例库。

AR作业指导主要解决在自动化智能化生产流程中依然需要的大量人工与日益增高的人力成本的矛盾。

借助AR技术,可以将企业中熟练工人的既有知识经验和技能固化下来,成为行动准则和模板,通过智能设备的环境感知和对象识别技术,将熟练工人的经验和行为在新手眼前重现,让新手可以依据视觉“诱导操作”完成任务,让智力资产得以复用增值,填平经验鸿沟。

利用基于AR技术指导系统,可以减少生产过程中操作人员查阅资料的时间,通过设计、工艺之间的数据互联互通,形成产品设计、工艺设计和现场制造之间的数据闭环;给操作工人以实时指导和提示,检查步骤的完整性,降低作业的风险,提高操作的效率,全程透明可视化管理,从而实现现场作业方式的变革。

AR操作指导提升了复杂流程中的作业效率,对提升经验较浅或新员工的装配准确率效果显著,还将作业指导与培训相融合,以直观易理解的指导方式降低了培训难度与成本。

在该应用中,作业人员佩戴AR终端,可以先了解核心部件的介绍与操作说明,随后实时查看与操作设备、操作步骤同步的分解指导说明信息,严格按照流程逐步完成必须步骤,完成设备组装。同时,作业过程同步记录,方便回溯与管理。

AR产品展示与说明书具备所见即所得的独特优势,是通过手机或者智能眼镜,结合图像或物体识别技术,将产品的结构说明和使用说明等内容,通过虚实结合的方式直接显示到产品的对应真实位置上的一种说明书类型。

上海某汽车品牌打造“汽车AR说明书”,将AR技术与电子说明书结合,辅助汽车的营销销售、售后运维等场景,并与AR云平台、车联网系统打通,提升客户服务质量与效率,用户可通过手机APP扫描汽车直观查看各部件、按键的功能介绍、故障分析、处理意见等内容。

AR管理可视化则无需手持额外设备,实现智能眼镜佩戴者对工厂、园区的设备、人员或物料的管理可视化。通过识别设备、人员、物料,以实现虚拟数据的显示与叠加,将大体量数据转变为易于被人接受、处理、记忆的信息输入型”故事”,让关键、重点的信息在短时间内被用户接收并直接显示于眼前,并搭配智能眼镜的特性,以虚实结合的方式,解决一系列痛点问题。具体的应用场景可分为生产管理、运维巡检、体验考察、人员安防、物流仓储五大类场景。

此外,白皮书中还指出,不同应用场景的VR/AR解决方案部署流程大致相似,由场景匹配、硬件选择、平台选择、网络测试、系统测试、业务测试、反馈迭代构成。

当前,制造业智能化已经成为国家间抢占战略制高点、国内产业转型升级、经济发展的重要引擎。作为助力工业4.0发展的技术支柱之一,虚拟现实被应用于工业生产的需求分析、总体设计、工艺优化、生产制造、测试实验、使用维护等环节,实现工业产品设计-制造-测试-维护的智能化和一体化。预计在未来几年内,虚拟现实/增强现实的工业应用将进入快熟成长阶段,覆盖工业制造、管理、服务的全流程,成为智能制造发展的重要平台和基础支撑。

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