【元宇宙】AR和VR技术提升生产计划和绩效

从福特和大众到宝马、现代、博世和采埃孚，增强现实和虚拟现实工具正成为更快、更安全、更互联的生产环境的关键。

随着车辆平台更新换代速度加快，电动汽车项目带来了新的工艺风险和复杂的自动化需求，生产线面临的挑战也越来越大。这促使人们对员工技能提出了更高的要求，也凸显了在工厂层面加强数字化系统、物理操作以及相关人员之间沟通的必要性。

在这样的环境下，增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 技术已从有趣的实验发展成为实用且影响深远的工具。如今，AR 和 VR 技术已广泛应用于原始设备制造商 (OEM) 和一级供应商的培训、维护、机器人规划、装配指导、安全规程和布局设计等领域。这些工具能够让工人在恰当的时机获取所需信息，并帮助工程师在问题出现在生产线之前就提前了解情况。

工人可以直接看到扭矩值或方向提示。这在多品种生产线上尤其有价值，因为一个工位可能需要处理多种车型。

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AR和VR正成为汽车运营的关键

AR 和 VR 最初出现在造型工作室和原型实验室。VR 虚拟空间帮助设计团队审查车辆表面。AR 叠加层帮助工程师检查零件对齐情况。但由于硬件笨重且软件功能有限，普及速度缓慢。这种情况随着三项重要进展而改变：

1. 各工厂构建了高保真数字孪生模型。每个资产、流程和布局都进行了数字化建模。这为沉浸式交互奠定了基础。

2. 车间自动化程度更高了。协作机器人、自主移动机器人（AMR）、智能扭矩工具和视觉系统带来了新的协调挑战。工厂需要更直观的方式来管理它们。

3. 劳动力压力增加。随着经验丰富的员工退休和产品复杂性的增加，管理层需要更快捷的培训和更清晰的支持工具。

AR 和 VR 之所以能够满足这些需求，是因为它们能够在恰当的时机以易于理解的方式呈现恰当的数据。同时，它们也为工程师提供了一个安全的空间，让他们可以在实际进行物理更改之前测试自动化、模拟构建步骤并优化布局，从而避免浪费时间和金钱。AR 通过平板电脑、智能眼镜或头戴式显示器将数字信息叠加到真实的工作空间中，从而优化日常的人工和自动化工作。在汽车工厂中，这带来了诸多显而易见的优势。AR 支持引导式装配并减少错误，它可以突出显示精确的紧固点、显示步骤顺序并验证零件选择。工人可以直接看到扭矩值或方向提示。这在多品种生产线上尤为重要，因为一个工位可能需要处理多种车型。

对于自动化操作，AR 技术可确保交接顺畅。当机器人执行部分任务，而人工完成下一步时，工作人员可以清楚地看到下一步操作前需要检查的内容。

数字化工具在维护和故障排除领域展现出极高的价值。增强现实（AR）技术能够直接显示机器上的隐藏信息，从而缩短停机时间。技术人员可以扫描机器人单元、传送带或压力机，并立即查看：

• 故障代码

• 布线路径

• 实时传感器数据

• 上次维护日期

• 安全锁定点

它还允许远程专家通过同一平台加入，并逐步指导本地团队，从而减少现场访问的需要。

安全性和人体工程学支持还可以通过增强现实（AR）技术在真实空间中投影安全区域、机器人路径、自主移动机器人（AMR）行驶路线和警示区域来实现。这有助于建立对自动化系统的信任，并帮助新操作员更快地适应。人体工程学团队还利用AR技术来识别生产线上的姿势风险和重复动作热点区域。

VR技术可以将工人和工程师带入完全模拟的工厂环境。这有助于规划、降低风险和知识转移，其效果是图纸或静态CAD难以比拟的。

生产灵活性至关重要，因此快速换型和变体管理是日常生产运营中的关键因素。当生产线切换到新型号或变体时，增强现实（AR）系统会向操作员显示更新后的工序顺序，并验证零件、工具和夹具是否正确。这有助于减少返工，保持生产周期稳定。

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加强工程、培训和自动化开发

随着3D扫描技术的广泛应用以及数字孪生技术和构建的不断进步，虚拟现实技术可以将工人和工程师带入完全模拟的工厂环境。这有助于规划、降低风险和知识转移，其效果是图纸或静态CAD难以比拟的。

VR技术使团队能够在实际安装之前身临其境地体验工厂和生产线，这在规划阶段至关重要。利用这一工具，团队可以评估重要的操作细节，例如机器人的工作范围、工装夹具和操作人员的空间、物料流、视觉系统的位置、安全防护装置以及工人的人体工学负荷。多种方案可以在数小时内进行测试，从而及早避免以往需要数周返工的错误。

机器人工程师可以利用虚拟现实（VR）模拟来检查碰撞、循环时间、盲区和工具干涉等问题。这有助于团队在任何实际机器人通电之前调整程序和切换流程。它还可以让新操作员在安全的环境中练习紧急停止、电池操作、扭矩顺序或高压操作。由于训练感觉非常真实，工人可以快速建立信心和肌肉记忆。

在产品开发初期，VR评审可以帮助制造工程师和产品设计师了解零件复杂性如何影响装配。他们可以在设计周期的早期评估连接器的可及性、紧固件的对准情况以及人体工程学，从而减少后期代价高昂的变更。

宝马将工厂全流程数字孪生模型导入虚拟现实系统，用于工厂整体规划。工程师们可以“漫步”未来的生产线，检查机器人路径，评估人体工程学，并测试自主移动机器人（AMR）的运行情况。

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原始设备制造商和一级供应商正在扩大增强现实和虚拟现实技术的应用

这些技术已被汽车制造商、零部件和系统生产商使用了一段时间，但现在正积极地在整个价值链中部署，从产品开发、工程和生产阶段到虚拟工厂规划、流程验证和员工培训。

福特是汽车行业最早使用虚拟现实技术的公司之一，但最近的趋势已将其应用扩展到制造业的各个环节。制造工程师利用虚拟现实技术进行早期工艺验证，将整车CAD模型和未来的工作站加载到虚拟现实环境中。在制造出实体原型之前，他们就能检查操作范围、工具使用、空间、人体工程学负载以及工位流程。福特曾表示：

• 后期设计变更较少

• 减少了对实物模型的需求

• 加快设计和制造之间的跨职能协调

VR培训也被应用于福特全球汽车制造商（OEM）旗下各品牌的上市团队。福特不再安排数百人前往培训中心，而是利用共享的VR空间，让培训师和学员与同一辆虚拟汽车进行互动。操作人员会演练布线、驾驶舱组装、内饰装配和最终装饰等环节。

福特正在利用增强现实（AR）技术进行维护和调试。技术人员使用AR设备直接在机器上可视化线路图、PLC I/O状态和机器人诊断信息。远程专家可以即时为团队提供支持。福特表示，他们希望这项技术能够成为与制造执行系统（MES）和物联网（IoT）数据源相连接的标准工具。

大众汽车：

AR驱动的维护和远程协作

大众、奥迪和保时捷的工厂都部署了增强现实（AR）技术，用于支持维护、电池组装和员工培训。技术人员佩戴智能眼镜，将他们的视野实时传输给中央专家。这些专家直接在技术人员的屏幕上绘制指导图，突出显示连接器、精确显示螺栓或保险丝的位置、指示测量点，并指导机器人重置。这减少了停机时间，并提高了全球各工厂的一致性。

奥迪工厂正在使用增强现实（AR）技术进行电池组装。电池模块组装需要精确的定位和严格的安全检查。AR技术可以指导工人完成电芯放置、连接器布线、极性确认和螺栓拧紧顺序等操作。试点数据显示，新员工的错误率更低，学习速度更快。大众汽车也将AR指令融入到日常润滑、检查、工具设置和上锁挂牌程序中。这可以减少人为错误，并提高文档质量。

宝马：

混合现实技术应用于布局规划、物流和车型复杂性分析

宝马广泛使用增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术。他们的数字化工厂项目将沉浸式工具视为正常工程工作流程的一部分。

宝马利用虚拟现实技术进行全厂规划，将全厂数字孪生模型导入虚拟现实系统。工程师们可以“漫步”未来的生产线，检查机器人路径，评估人机工程学，并测试自主移动机器人（AMR）的运行情况。这减少了布局冲突，缩短了规划周期。此外，宝马还利用增强现实技术（AR）提供针对不同车型配置的装配指导。由于配置种类繁多，宝马利用AR技术，根据扫描的车辆识别码（VIN）突出显示正确的零件、紧固点或线缆路径。这减少了处理发动机、线束和内饰等不同配置工位的返工。AR技术还帮助物流团队模拟包装布局、套件容器和零件放置。这减少了材料浪费，并加快了新项目的规划速度。

现代：

VR机器人仿真和AR设备安装

现代汽车在多个工程工作流程中运用沉浸式技术。在安装前，现代汽车使用虚拟现实（VR）技术测试机器人的工作范围、循环时间和工人交互区域。工程师还会模拟维护通道和视觉摄像头的位置。在自动化安装过程中，增强现实（AR）叠加层会显示正确的机器人底座位置、传感器对准情况和夹具放置位置，从而减少调试错误。工人在VR环境中接受高压系统、大型机器人交互、紧急停止和危险识别方面的培训。这有助于提高工人的意识，并在启动阶段减少错误。

博世：

AR装配支持、VR布局规划和互联维护

博世将沉浸式工具集成到多个生产场景中。电子和液压领域的增强现实（AR）装配指导功能可帮助操作员装配电子控制单元（ECU）、防抱死制动系统（ABS）模块和液压元件。该功能可突出显示正确的零件位置，标记错误的组合，显示扭矩值并确认装配步骤，从而缩短培训时间并提高一次性装配成功率。

VR的另一项应用是集成多供应商设备。博世利用VR技术模拟完整的生产单元，特别是那些涉及多个机器人或复杂传送系统的单元。团队可以检查碰撞、通道、控制面板位置和人体工程学等问题。

ZF：

VR高压培训、AR维护和全球知识转移

采埃孚利用沉浸式工具支持向电动出行的转型。在高压模块培训中，工人在虚拟现实（VR）环境中演练组装、拆卸、连接器操作、绝缘检查和安全步骤。这降低了他们在实际操作组件时的风险。

为了减少生产线停机时间，ZF 加工工厂利用增强现实 (AR) 技术来识别刀具磨损、润滑点和进行对准检查。这不仅缩短了维护时间，还有助于预防常见错误。

04

虚拟工具带来实际成果

沉浸式工具之所以成功，是因为它们强化了数字制作的支柱。AR 和 VR 能够提供清晰的沟通，从而打造更稳定、更灵活、以人为本的制作系统。随着更轻量级的硬件、更高的分辨率以及更深入的 AI 集成技术的不断发展，AR 和 VR 技术有望继续从孤立的试点项目走向标准工具。

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