詹建国

[摘    要]计算机技术和网络技术不断发展，推动着飞机装配技术不断发展。迄今为止，飞机装配技术已经经历了人工装配、半数字化装配和数字化装配的发展阶段。飞机装配的方法、工艺装配不断的改进和提升，促使飞机装配工作强度不断降低、装配效率和质量不断提高。以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，智能制造、虚拟现实等新技术日新月异，飞机装配从数字化装配阶段，也将逐步往数字化智能装配阶段转变。连接人与智能制造环境，增强人获取和利用信息的能力，提升人的感知、分析、决策、执行能力，成为重中之重。而虚拟现实技术作为一种高级人机交互技术，能在智能制造系统中提供人与智能设备之间传递、交换信息的媒介和对话接口，实现数字虚体、物理实体与意识个体三者之间的有机融合，将能助推飞机数字化装配向智能化装配发展。

[关键词]虚拟现实;增强现实;装配工艺设计;装配指令

[中图分类号]V262.4 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02

Application and Development of Virtual Reality Technology in Aircraft Assembly

Zhan Jian-guo

[Abstract]The continuous development of computer technology and network technology promotes the continuous development of aircraft assembly technology. So far， aircraft assembly technology has gone through the development stages of manual assembly， semi digital assembly and digital assembly. With the continuous improvement of aircraft assembly methods and process， the intensity of aircraft assembly work is constantly reduced， and the assembly efficiency and quality are constantly improved. A new round of technological and industrial revolution with the Internet as the core is ready to take place. New technologies such as intelligent manufacturing and virtual reality are changing with each passing day. Aircraft assembly will gradually change from the digital assembly stage to the digital intelligent assembly stage. Connecting people with the intelligent manufacturing environment， enhancing people's ability to obtain and use information， and improving people's ability of perception， analysis， decision-making and execution have become the top priority. As an advanced human-computer interaction technology， virtual reality technology can provide the media and dialogue interface for information transmission and exchange between human and intelligent devices in intelligent manufacturing system， and realize the organic integration of digital virtual body， physical entity and conscious individual， which will promote the development of aircraft digital assembly to intelligent assembly.

[Keywords]virtual reality; augmented reality; assembly process design; assembly instruction

飞机产品尺寸大、外形结构复杂、零件数量巨大、协调关系繁多，因此飞机装配技术是一项难度大、涉及学科领域多的综合性制造技术。飞机装配主要目的是按产品设计的要求，用合理的工艺方法，进行零件制造、组部件装配、大部件对接，进而完成总装和试飞，交付用户运行。此过程中，需要大量复杂、形式多样的行业知识。同时，要合理配备厂房设施、工艺装备、工具刀具、原材料、零件等資源，以形成这些资源配置使用的信息流，使装配资源和信息有机结合，作用于整个过程，完成飞机复杂的装配工作。

传统的飞机装配，借助模线、样板、样件等模拟量手段传递控制装配过程和质量的信息，以产品设计的二维图纸、纸质装配指令等为载体，向装配技术人员和操作人员传递大量的工程、工艺信息。大量的装配信息和数据分散在各类纸质载体上，给装配操作人员的查看和使用，装配技术人员的信息管理增加了一定的难度和工作量。在此基础上，装配技术人员和操作人员要通过消化并不直观的装配信息，在大脑中抽象出飞机产品的结构特点、装配流程，并融入产品工程、工艺的技术参数和要求，极易出现人为的工作失误，且工作效率和质量也不高。西方航空发达国家，在新型号的研制中大量应用数字化装配技术和装备，减少了传统工艺装备数量，降低了操作人员的劳动强度，提升了飞机研制效率和质量。如波音737新一代标准工艺装备减少80%，F-35飞机研制工作中工装减少95%，波音777客机研制周期，从过去8年缩短至5年，减少人为差错80%。经过全世界各国航空业30余年的大力发展，在组件、部件、大部件装配中，飞机数字化装配技术都在向自动化、柔性化、信息化等技术融合的方向发展，飞机产品精准装配、高效装配的目标也逐步得以实现。传统的装配信息管理方法和信息交互方式已经逐渐不能满足现代飞机制造要求，为了适应当前飞机制造信息化的发展，推动飞机数字化装配向智能化装配过渡，进一步减少人为干预对飞机装配的影响，飞机装配的信息化势在必行。

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实是一种人机交互技术，在计算机图形、图像、交互技术与多学科软件交叉应用技术的基础上，生成的可虚构、可模拟的现实环境。计算机建立三维实物空间，用户通过佩戴信息感知、输入输出设备设施，实现人与虚拟模型的交互，并产生与真实世界相同的反馈信息，获得人在真实世界相同的感受，由此产生身临其境的感觉。通过这种对三维空间的表现能力、人机交互操作环境及带给人身临其境的感觉，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、单调的互动现状，将信息化技术提升到一个全新的发展水平。

国际上一般把计算机视觉、增强现实、增强虚拟环境、虚拟现实这关系紧密的4类技术，统称为虚拟现实连续统一体（VR continuum）。虚拟现实（Virtual Reality，VR）首先用于工业制造领域，是各类“虚拟-现实”技术的基础。VR不仅可以利用计算机建立一个实时、沉浸式体验的三维虚拟环境，还可以对复杂数据进行可视化的操作和信息交互。VR中的体感和信息交互设备能获取用户的位置和操作等信息，反馈给相应的三维模型。通过信息交互，模型感受到用户的动作后，可以实时相应，并将信息反馈给用户，这样对用户而言，三维环境中的模型具有强烈的存在感。增强现实（Augment Reality，AR）是在虚拟现实技术基础上发展起来的人机交互新技术，将真实环境和虚拟环境进行匹配合成，以增强用户的体验感和交互感。简单说，VR让用户沉浸于虚拟世界中，实现人与虚拟世界进行交互，完全虚拟的世界;AR将信息叠加于现实世界上，人通过动作捕捉进行交互，更强调虚拟服务真实。VR、AR区别对比，如图1和图2。

2 虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术在飞机装配各个阶段均有应用，在飞机设计中的方案论证阶段，能够虚拟构造、演示飞机整体性能和技术特征，使用户直观了解将要购买的飞机;在工程研制阶段，应用VR技术进行设计更改评估和空地勤人员培训;在初步设计和详细初步设计阶段，VR技术可以对驾驶舱人为因素、人机工效、舱门、通风窗功能、可装配性、维修性等进行分析与评估，同时对飞机进行飞行仿真。2015年，赛峰短舱公司（SafranNacelles）采用VR技术进行设备改造和技术升级，应用于A330neo飞机短舱项目，使项目工期减少了18个月。在飞机装配工艺设计阶段，工艺设计人员在虚拟环境中对产品做装配工艺性分析或装配工艺过程规划，通过对产品、工艺装备等装配资源数模的装配路径分析，发现装配干涉、可达性差等不协调问题，实现产品和工艺设计的并行设计，并提前优化产品设计和装配流程。在飞机装配阶段，虚拟现实技术能实现装配工作区域产品实物与二维装配指令之间的信息交互，即将装配指令中包含的零件定位信息、紧固件信息拟合叠加到装配产品实物上，快速准确指导装配操作人员，完成装配任务。空客公司开发了将增强现实技术应用在飞机车间装配指令中的MOON项目，并在A400M飞机框架电气线路装配上应用，解决了在装配空间狭窄、视觉条件差情况下，电气线路难以安装正确的问题，证明了这个项目的可行性。

3 虚拟现实技术的发展

沉浸式虚拟现实系统是融合高分辨率的立体投影显示技术、三维计算机图形技术、多通道视景同步等技术，产生供多人使用的高度沉浸式三维立体虚拟环境。能用于培训、演练，建立飞行模拟、装配操作培训等的操作仿真系统，增强培训人员对各种操作流程的感知能力、动手能力，达到实际操作模拟的效果，提高培训效果和质量。

座舱设计虚拟现实评估系统，是空客研发中心正在研究的VR系统配合外部设备进行其座舱设计与人机工效的评估系统，主要是让用户在设计阶段参与进来，对座舱的布局合理性等进行评估，进行快速迭代，从而适应使用者对操控、布局、显示等方面的要求。

在飞机装配领域，虚拟现实技术的发展能降低制造成本、加快裝配流程、提升产品质量。在飞机虚拟研发设计调试、虚拟装配制造、设备维护检修、装配模拟考核验证方面，均有尝试应用。中国商飞借助大型客机C919的研制，大胆研究和应用虚拟现实技术，在飞机模拟测试飞行控制中心，尝试运用虚拟现实技术大幅提升产品性能精准性，使机载测试系统的地面验证平台监控飞行参数，以确保飞行前和实际飞行中飞机相关参数的精准性;在全机线缆安装上，尝试虚拟现实技术指导操作人员在线缆接头上快速插装线缆，解决人工传统操作人为失误和效率不高等实际问题。由此延伸，针对飞机结构内部安装的数以千计的系统支架零件，还可以利用虚拟现实技术，实时捕捉机体结构内部的实物信息，反馈至虚拟的三维环境，被赋予产品工程和工艺信息后，比对并反馈给装配操作人员，快速找到安装位置，完成系统支架的正确安装，从而实现飞机内部大量系统支架高效率、高质量的定位、制孔及安装。

4 结束语

虚拟现实技术是由一个强大的计算与通信系统以及数字线索支撑的，其沉浸、交互和集成特征的背后是强大的高性能计算和显示能力。它连接人与智能制造环境，增强人获取和利用信息的能力，提升人的感知、分析、决策、执行能力。其能在智能制造系统中提供人与智能设备之间传递、交换信息的媒介和对话接口，实现数字虚体、物理实体与意识个体三者之间的有机融合。虚拟现实技术在飞机装配中的应用也已经多年，随飞机装配由数字化一路走向智能化，虚拟现实技术将是未来航空制造业提质增效的一个必然选择，将作为核心技术支撑航空智能制造转型。

参考文献

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