亲身前往福特VR实验室一探究竟 汽车制造如何使用VR技术?

最近一段时间，汽车行业中最热闹的应当是自动驾驶汽车和未来的出行方式。但是有一项不那么显眼的技术--虽然它是汽车研发工作中的一个重要环节--虚拟现实，却被人们忽视了。

 

 

在上周，我们有幸参观了福特位于美国密歇根州迪尔伯恩的虚拟现实实验室，一窥福特使用的虚拟现实技术。该技术帮助汽车生产商完成了大量的工作，直至汽车正式推向市场。我们发现，福特主要在三个功能区使用了VR技术：设计、工程和制造。

 

 

自从一个新车型达成构想之后，虚拟现实技术就开始介入了。这会在福特的“2000X工作室”中开始，该工作室为福特的设计部门提供支持。

 

当然，在以前，汽车是用纸和笔设计出来的，近代以来，设计者们开始依赖CAD工具。但是这两种方案都有明显的缺陷，汽车的设计--毕竟是一个三维的物体--都是在一个二维的平面进行设计的。而使用VR技术，福特的设计师们现在可以戴上头显，在三维环境中用一个数字的魔杖绘制出他们的想法，还可以在3D的虚拟环境中走动。

 

 

福特使用的沉浸式虚拟现实使用了23个摄像头的动作捕捉系统以及头显设备，来让工人沉浸到一个未来的工作环境中

 

通过解锁在3D中进行设计的潜能，并且为照片级的逼真环境增加动画内容和3D渲染技术，设计师们还可以在真实世界中看到他们对新车的想法变为现实。

 

比如，一个全新的运动型汽车的设计过程可以在虚拟的赛车场维修道中进行，通过佩戴的VR头显，设计师可以围着这辆车走动，并且在一个360度的环境中对其进行检视。作为一个设计师，你可以在其中获得一辆未来的汽车的完整和精确的视觉信息，就像你真正从某个用户的汽车旁边走过那样。这就是VR所做到的事，而且是在这辆车并不真实存在的前提下就能做到的事。

 

 

当一辆汽车的理念得到验证之后，福特决定要制造它，VR就会再次出现，在把设计语言变成真实的终端产品的过程中扮演一个不可或缺的角色。

 

工程师们会沉浸其中确定更好的设计细节，并且必须就产品部件、引擎、内部人体工学等设计细节做出决定。当产品的设计组合到一起时，福特沉浸式汽车环境实验室(FiVE)会继续进行设计，他们要开始创建一个完整尺寸的，三维的，虚拟版本的汽车，直至该产品逐渐进入生产过程。

 

也就是说，到这款汽车真正准备好建造开始，每个细节都会被仔细考虑，比如座椅、仪表盘、照明灯支架--你能想到的那些都有--会变成一个完整尺寸的，虚拟版的汽车的部件。之后，通过使用VR头盔，设计师和工程师们可以在车的四周走动来对其进行检查，就像这辆车真的在实验室里一样。

 

 

工程师们甚至还可以随心所欲地“看透”这辆车。比如，工程师们在讨论后备箱的铰链结构时，可以选择通过虚拟的透视图来观看后备箱的金属结构。

 

那么，为什么要从头来“制造”这样一个虚拟版本的汽车呢?

 

使用虚拟现实技术，可以带给工程实际过程极高的效率和无限的可能性。而这些对于真实的工作环境来说是非常困难的。比如说，汽车的部件会很频繁的--并且是数字化的--被替换，以进行评估，比如乘客部分的人体工学设计，乘坐舒适度和外部面板的设计，或者仪表盘的设计等等。设计师们还可以看到汽车外部面板的一个微小的改动会如何影响到真实驾驶时的阴影和光线的反射。

 

而使用这一技术，即沉浸式VR技术的结果，就像福特所说的那样，能够支持频繁的原型设计改动和工程开发过程。这一过程是可以高度重复的，并且可以接受任何必要的工程变动。比如，设计师们在设计新款野马时，遇到了内部面板如何放置才能符合靠左驾驶或靠后驾驶版本的要求这一问题，他们就可以通过使用VR来解决。福特这样告诉我们。
 

并且，真正酷的地方在于，设计师和工程师可以远程协作。比如，在设计新的野马时，位于迪尔伯恩的VR实验室的团队可以和澳大利亚的兄弟团队进行合作--并且这一合作是实时的。通过使用VR技术，工程师们能够围绕同样的完整尺寸的3D版虚拟野马汽车走动，并且就其任何细节信息进行协同设计。

 

如此精细地设计虚拟汽车的细节是相当辛苦的。但是福特表示，他们通过在工程阶段使用这项技术节省了大量的时间，而对数字原型进行频繁的调整也减少了以前必须要制作的泥土模型的数量。除此之外，远程协助还减少了差旅的成本。

 

　　
所有这些，当然都会节约开支。但是，福特认为更重要的是，这项技术加速了产品设计过程，并且允许采用更高端的工艺。福特宣称，据他所知，自己是第一家在汽车设计过程中使用高分辨率、4K实时VR技术的汽车公司。

 

 

当设计和工程过程完成后，福特VR实验室就开始在虚拟制造技术上下功夫了。这是一个非常重要的步骤，可以向设计和工程部分反馈重要信息。

 

虚拟制造实验室的主要功能是评估制造这辆汽车的可行性，同时还会引入工人的工作内容。毕竟无论你能够设计出多么完美的汽车，如果无法制造或者制造过程不安全的话，还是相当于白搭。

 

在虚拟制造实验室中，福特的团队会使用VR和3D打印技术来创作出虚拟的工作站，来逐步仿制出虚拟的世界各地的生产线环境。并且通过使用安装在工人身上的传感器，全身动作捕捉系统会提供未来生产线上的工人可能会产生的动作信息。毕竟这些动作在真实的汽车生产过程中都会遇到。

 

通过使用VR和3D打印技术，一个变速箱会虚拟地安装到引擎上。屏幕会呈现出头显用户所看到的场景。

 

 

比如，在上面的照片中，你可以看到一个人戴着VR头显，旁边是一个白色的3D打印部件。这个部件就是一个真实尺寸的变速箱。这名员工需要把变速箱和引擎对齐，而这个引擎，只有在他的头显中才可以看到。

 

这是一个真实的测试案例，用来确保工人们能够有足够好的视角来把螺栓对齐，把变速箱和引擎组合起来。根据VR中得到的结果，这些数据会提供给工程团队，并且对螺栓的长度等数据进行修改，来保证安装工序的正常进行。

 

使用VR技术来计划生产线流程的好处在于，如果某个产品容易被制造出来的话，那么它既能提高产品的质量，同时还可以降低工人受伤的风险。

 

比如，全身动作捕捉技术可以做到这一点，如果一个工人在组装过程中必须伸手去取某个部件的话，福特可以测量工人的腰椎部位的受力情况，然后来评估这是否会超过对人体的安全性限制。如果确实存在这一问题，工程团队就要做出修改。

 

再比如，使用VR技术还可以帮助计算需要多大的体力才能把车身面板举到既定的机械臂的高度和角度。这是否会影响到不同身高的公认?如果有影响的话，是不是有必要改变流程，来适应不同的工人呢?

 

 

通过使用VR技术，能够预测工人在未来生产线上的位置移动。这是极其有价值的数据。福特表示，自从开始使用虚拟制造过程之后，汽车制造工人们发生了显而易见的变化：

 

1、通过使用最新的人体工学研究，减少了70%的工人受伤概率。

 

2、避免了90%的过多的运动，困难的手部动作，以及新车型上难以安装的部件。

 

3、由于减少受伤概率，降低了75%的工伤缺勤概率。

 

 

总结一下，福特通过使用VR技术来加强设计、工程和制造过程，已经证明VR在产品研发的整个过程中都是一个强大的工具。

 

VR不仅是真实世界活动的一个精确的代用品，同时还提供了可以创作出无限可能性的工具，人们可以通过考察评估，选择出在每个阶段中最合适的应用方式，这样一来，每个过程都能得到优化。