对汽车工业而言,虚拟现实既是一个最新的技术开发方法,更是一个复杂的仿真工具,它旨在建立一种人工环境,人们可以在这中环境中以一种“自然”的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、试验和培训等方面。
全球虚拟现实技术发展方兴未艾,美、日、欧等工业国家预备将该项技术作为竞争未来市场的关键手段。对汽车工业而言,虚拟现实既是一个最新的技术开发方法,更是一个复杂的仿真工具,它旨在建立一种人工环境,人们可以在这中环境中以一种“自然”的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、试验和培训等方面。
虚拟现实技术在汽车工业中的应用现状
1 在产品设计中的应用
借助虚拟现实技术建立的3 维汽车模型,可显示汽车的悬挂、底盘、内饰直至每一个焊接点,设计者可确定每个部件的质量,了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性很高,汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。
美国通用公司是全球汽车界最早利用虚拟现实技术的公司之一。它采用的虚拟现实软件具有3
个图形流水线部件,可分别投影在设计师的左边、前面和地面上的大屏幕上,另外一台单独的桌面系统有时用做右面的第四面墙,设计师借助于该软件就能设计一辆惟妙惟肖的汽车。
在通用公司的技术中心,当工作人员进入正在进行虚拟现实工作的工作室时,戴上立体滤色眼镜或头盔式显示器、数据手套等显示设备,在大屏幕上就可以看到和真实的汽车一样大小的三维立体图像,它具有完全真实的立体空间,人们可以围绕汽车来回走动观察,提出各个部位的改进设想,也可以在另一个设计室中,坐在汽车的座椅上,让各种各样的仪表板、变速杆及各种附属装置都显示在他们的眼前,还可以和坐在驾驶室另一侧的工程师一起,对汽车的内装置进行评价、改进。这种活生生呈现在你眼前的虚拟现实的情景,使你感到完全是身临其境,在用自己的想象创造一辆汽车。
而在福特汽车公司,产品设计师运用虚拟现实软件可以看到虚拟汽车车门及发动机罩的铰接,可以设想在驾驶室的座位上来解决人机工程和视野问题。也可以观察到汽车在乡村公路上奔跑的情景。同时,动力系统的工程师借助更换一个虚拟机油滤清器来模拟发动机的维护。
2 在汽车制造中的应用
虚拟现实技术是虚拟制造系统的基础和灵魂,虚拟制造系统是由多学科知识形成的综合系统,是利用计算机支持技术对必须生产和制造的汽车进行全面建模和仿真,它能够仿真非实际生产的材料和产品,同时产生有关它们的信息。也可以制定零件生产的机加工方案、拟定产品检验和试验步骤等。
虚拟制造系统(Virtual manufacturing
system)由虚拟信息系统(Virtual information system)和虚拟物理系统(Virtual
physical system)组成。虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统,主要是用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息;而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间、包括机床、材料、工人等进行建模,并在此模型的基础上进行仿真实际制造系统的制造过程。虚拟物理制造系统中的信息和实际的制造系统相一致,它是虚拟制造系统的关键。
虚拟制造技术的应用范围涉及到汽车的整个生命周期,它可以在汽车生产设备、工装和模具,甚至样车的设计之前,很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。在汽车柔性生产系统(
FMS)、计算机集成制造系统(CMIS)的设计和应用中,就广泛运用了虚拟现实技术。
早在1997 年,福特汽车公司就宣称,它已成为第一个采用计算机虚拟设计装配工艺的汽车厂商。这些技术的采用可以极大地促进该公司更快地向市场推出新轿车、卡车。福特公司使用的是以色列Technomatix
Technologies 公司所提供的软件。
例如:日产曾用虚拟现实软件“试线”,模拟从仪表板上拆除气囊组件,这时发现挡风玻璃碍事,总装线上的工人得窝着脖子干活,由于预先发现了这一问题,并得到了及时解决,避免了正式生产时的麻烦。
3 在汽车试验中的应用
设计师设计出的新型汽车是否合理,往往需要经过碰撞、风洞等测试加以检验
最初检验新型汽车性能的方法是:先在一辆样车上放置木偶,加速后让它与墙壁碰撞,然后,再检测车身与木偶的受损程度,由此断定碰撞过程中,车与人的受力情形。这种方法,不仅存在着严重的误差,而且需先把样车做出来,费事费力。
而采用虚拟试验方法,则只需先用木材、黏土或陶土做一辆汽车模型,在风洞中测定其空气动力学数据,再把模型扫描进虚拟环境系统,把它放大成与真车一样的大小。通过虚拟环境系统模拟撞车,可以精确地把木偶的手或脚的受力情况反映出来,采用这个系统,可以减少约一半的设计费用及时间。
虚拟现实技术在汽车工业中的前景展望
从总体上看,汽车工业应用虚拟现实技术开发、制造产品尚处于摸索阶段,目前,该项技术主要应用于概念车和车身内外模型的开发,另外在汽车装配中亦有少量使用。但随着虚拟现实技术自身的不断发展完善,人们有理由相信,它必将引起汽车各个领域的革命性变化。
1 敏捷制造/虚拟工厂
2 对并行工程的促进
3 在产品试验中的应用
4 供、销商介入汽车生产
5 人员培训
小结
目前,我国汽车界对该项技术得实际运用尚处于起步阶段,仅在清华大学、天津中国汽车技术中心等单位的试验室有所利用。
其实,我国汽车生产企业运用虚拟现实技术,已经具备了不少有利条件,首先,一汽、二汽、上汽等大公司已有多年运用三维计算机软件(如UG、CATIA、PRO-E
等)进行产品设计的经验,且他们的产品大多已形成了CAD、CAE 等数据,可以很方便地将这些电子数据输入到虚拟现实环境中。
虚拟现实技术正渗入汽车工业的各个领域,如汽车的虚拟造型、虚拟设计、虚拟工艺制造、虚拟试验、虚拟装配等,它不仅为汽车开发人员创造了更为自由得工作环境,而且,从根本上动摇了一系列被视为经典的汽车产品开发理论和原则。虚拟现实技术的推广和应用将使汽车工业的思想概念、开发方式、部件供应、组织形式、市场竞争及人才培训方面产生全方位的创新和变革。在虚拟现实技术的未来发展中,虚拟汽车和真实汽车之间的界线会变得越来越模糊
我国汽车界在推广和引进虚拟现实技术的时候,要从我国的实际出发,通过认真地研究外国先进技术和经验,努力探索出中国汽车工业迈向该技术的道路。