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虚拟现实技巧在汽车工业中的利用现状与远景

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  • 发布日期:2013-07-26 08:01
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  • 技巧区域:广东湛江市
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详细阐明
 摘要:介绍了虚拟现实、虚拟设计、虚拟制作等的概念,论述了虚拟现实技巧在汽车工业中的利用现状与发展远景。

520彩票开户  要害词:汽车 虚拟现实 虚拟设计 虚拟制作 虚拟实验

  1 引言

520彩票开户   虚拟现实技巧,是近年发展起来的高级打算机技巧,是建立在打算机图形学、仿真学、并行技巧、人工智能、多媒体技巧及高性能打算机系统等技巧基础之上的。 目前世界上对它还没有一个确实的定义,不同的人对其有不同的懂得。那么,何谓虚拟现实呢?比较有代表性的解释有下列三种:

520彩票开户  (1) 虚拟现实有时也称灵镜和幻境,英文名称Virtual Reality,简称VR,是一种可以创造和体验虚拟世界(Virtual World)的打算机系统。这里所说的虚拟世界是全部虚拟环境(Virtual Environment)或给定仿真对象的全部。而“虚拟环境”一般是指用打算机生成的有立体感的图形,它可以是一特定现实环境的表现,也可以是纯粹构想 的世界。

520彩票开户  (2) 虚拟现实是使人可以通过打算机看见、操作极端复杂的数据并与之交互的一种方法。

  (3) 虚拟现实是一种媒介,它具有三维合成环境,人们可以按自己的意愿,从任选视点实时地在其中持续而自由地探测、考核和体验。

520彩票开户   Virtual Reality 一词最早是由美国VPL公司的创立人之一Jaron Lanier 于20 世纪80 年代初正式提出来的,他认为,与传统的“人—机界面”相比,虚拟现实技巧具有质的飞跃。传统的“人—机界面”是将用户和打算机视为两个独立的实体,将界面 视为信息交换的媒介,用户将恳求或指令输入打算机内,打算机将信息或动作反馈出来。而虚拟现实技巧则将用户和打算机视为一个整体,通过各种直观的工具将信 息可视化,用户直接置身于这种三维信息空间中自由地操作和把持各种信息,由此成为信息的主人。

520彩票开户  虚拟现实技巧具有多感知性 (Multi— Sensory)、交互性(Interaction)、沉浸感(Immersion)、自主性(Autonomy)4 个重要特点。沉浸感是指用户有“身临其境”的感到,而交互感是指用户可以用日常利用的方法对环境内物体进行操作。

  全球虚拟现实技巧 发展方兴未艾,美、日、欧等工业国家筹备将该项技巧作为竞争未来市场的要害手段。对汽车工业而言,虚拟现实既是一个最新的技巧开发方法,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”的方法从事驾驶、操作和设计等实时运动。并且虚拟现实技巧也可以广泛用于汽车设计、 实验和培训等方面。

  2 虚拟现实技巧在汽车工业中的利用现状

  2.1 在产品设计中的利用

  借助虚拟现实技巧建立的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,设计者可断定每个部件的质量,懂得各个部件的运行性能。这种三维模型正确性很高,汽车制作商可按得到的打算机数据直接进行大规模生产。

520彩票开户 美国通用公司是全球汽车界最早利用虚拟现实技巧的公司之一。它采用的虚拟现实软件具有3 个图形流水线部件,可分辨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。

   在通用公司的技巧中心,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,它具有完整真实的立体空间,人们可以缭绕汽车来回走动视察,提出各个部位的改良假想,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、改良。这种 活生生浮现在你眼前的虚拟现实的情景,使你感到完整是身临其境,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,可以假想在驾驶室的座位上来解决人机工程和视野问题。也可以视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调换一个虚拟机油滤清器来模仿发动机的掩护。

   最近,位于美国威斯康星洲的一个名叫“M &L 汽车专家”的公司,用一种能产生汽车虚拟模型的打算机软件设计了一辆时速可达200 英里、取名为“扑食者”的轿车,该车是世界上第一辆不用图纸和黏土模型设计的汽车。这种软件不但能模仿显示汽车的外观形状,还可以模仿汽车的内部结构及运 作情况。“扑食者”在设计时先把整车分成若干部分,设计者逐个部分进行修正,直到满意为止。然落后行组装,即使各设计好的部分组装成了一辆完整的汽车,仍 可以对其进行整体修正。

520彩票开户  在戴姆勒—克莱斯勒公司耗资宏大的梅赛德斯汽车设计中心里,设计人员可在该中心供给的“虚拟现实中心”的虚拟环境中进行工作,车身设计师可以在这里检查车体的线条和轮廓,检测车身表面的光洁度,分析汽车的空气动力学性能等。

  据报道,通用和戴姆勒—克莱斯勒公司采用虚拟现实技巧开发一种新车型的时间从1 年以上缩短到两个月左右,开发成本最多可降到本来的十分之一,而按惯例,单单就车型开发时间看,新款汽车的设计,至少需12~18 个月。

在马自达汽车公司的汽车虚拟演示室,为了让顾客购置到理想型号的汽车,配有特制的头盔和手套。顾客可以通过火盔和手套,来转变汽车的色彩和结构。

  2.2 在汽车制作中的利用

   虚拟现实技巧是虚拟制作系统的基础和灵魂,虚拟制作系统是由多学科知识形成的综合系统,是利用打算机支撑技巧对必须生产和制作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、拟定产品检验和实验步骤等。

  虚 拟制作系统(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,重要是用来模仿处理设计、管理、打算调度等制作运动中的信息;而虚拟物理系统是打算机对实际的加工车 间、包含机床、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作系统的制作过程。虚拟物理制作系统中的信息和实际的制作系统相一致,它是虚拟制 造系统的要害。

520彩票开户  虚拟制作技巧的利用领域涉及到汽车的全部生命周期,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、修正、分析及优化。在汽车柔性生产系统( FMS)、打算机集成制作系统(CMIS)的设计和利用中,就广泛运用了虚拟现实技巧。

  早在1997 年,福特汽车公司就宣称,它已成为第一个采用打算机虚拟设计装配工艺的汽车厂商。这些技巧的采用可以极大地增进该公司更快地向市场推出新轿车、卡车。福特公司利用的是以色列Technomatix Technologies 公司所供给的软件。

  据报道,在美国通用汽车公司,汽车设计师可以利用虚拟现实原型技巧精心进行测试,工作人员可以驾驶虚拟汽车在虚拟公路上行驶,以便检查汽车的各种功效,或坐在驾驶室中检查视野情况等。此外,虚拟制作系统还被利用到齿轮的并行设计和装配以及机器人的训练等处所。

520彩票开户   由于生产过程和设计过程都在利用同样的打算机虚拟模型和设备模型,因此,可以对设计、制作等生产过程进行建模,在产品设计阶段,实时地、并行地模仿出产 品未来制作全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制作技巧、产品的可制作性,从而更有效、更经济、柔性机动地组织生产,使工厂和车间的设计与布 局更合理、更有效,以达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计的最优化、生产效率的最高化。

  日产利用虚拟现实技巧,模仿生产线上的过程,它利用虚拟工具,虚拟机械手和虚拟雇员(穿着与日产汽车工人一样的蓝色制服),利用数据库中已经存在的CAD 信息模仿一种虚拟的生产线,使各生产过程中的不同问题浮现出来。

  例如:日产曾用虚拟现实软件“试线”,模仿从仪表板上拆除气囊组件,这时创造挡风玻璃碍事,总装线上的工人得窝着脖子干活,由于预先创造了这一问题,并得到了及时解决,避免了正式生产时的麻烦。
 

  2.3 在汽车实验中的利用

  虚拟实验技巧作为虚拟制作技巧的一个环节,在汽车空气动力学及汽车被动安全性研究中正得到越来越广泛的利用,汽车被动安全性研究包含车身抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员束缚系统和内饰件的研究。

520彩票开户  虚拟实验方法的核心是有限元法和多刚体动力学的数值方法,它通过必定的前后处理程序和数据转换模板,以CAD 文件为输入,在打算机中模仿出与实际实验一样的环境。通过打算,得到实验报告。

  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。

520彩票开户  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,车与人的受力情况。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。

520彩票开户   而采用虚拟实验方法,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仿撞车,可以正确地把木偶的手或脚的受力情况反响出来,采用这个系统,可以减少约一半的设计费用及时间。

520彩票开户  虚拟实验方法在中、外汽车界获得了日益广泛的运用

520彩票开户   在代表世界汽车工业最高科技程度的F1 赛车界,每年参赛的赛车都要进行一项虚拟测试。这项测试的环境与真实的赛场毫无二致,同样是马达轰鸣、风驰电掣,惟一不同指出是没有车手参赛。在这种虚拟 环境中,打算机虔诚地展现出了F1 赛事中各个赛道中可能涌现的情况,重点是虚拟出产生车祸后赛车能够供给给车手的掩护,通过它断定赛车能否有效地掩护车手不受或少受伤害。近几年,F1 赛坛车祸频发,而几乎没有车手因此丧生,无疑,这套虚拟环境系统功不可没。

  3 虚拟现实技巧在汽车工业中的远景展望

520彩票开户  从总体上看,汽车工业利用虚拟现实技巧开发、制作产品尚处于摸索阶段,目前,该项技巧重要利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利用。但随着虚拟现实技巧自身的不断发展完善,人们有理由信任,它必将引起汽车各个领域的革命性变更。

  3.1 迅速制作/虚拟工厂

   事实上,虚拟现实技巧将广泛利用于汽车工业,重要是以美国工业界提出的一个迅速制作/虚拟企业为契机的。1991 年,美国里海大学受美国国防部委托,牵头组织编写了《21 世纪制作企业的战略》的报告。在该报告中,首次提出了迅速制作(Agile manufacture)和虚拟企业(virtual enterprise)的概念。他们认为迅速(agility)是一种能使企业在无法预测、持续变更的市场环境中保持并不断进步竞争力的能力。

520彩票开户  该报告假想到2006 年建立美国汽车(USM)公司,即实现汽车工业的迅速制作/虚拟工厂,若该假想能如期实现,则可达到下列目的:

  (1) 每辆USM公司的汽车都按用户恳求制作,每辆USM 公司的汽车从定货起3 天内交货。USM汽车在全部生命周期内有责任利用户满意,并且这种汽车能重新改革,利用寿命长。

520彩票开户 (2) 用户可以利用USM 公司的图表、虚拟设计软件设计自己所需的汽车,并懂得其售价、运行费用等。

  (3) 用户初步选定车型后,可进行模仿实验,通过模仿实验或重选或提出意见,满意后办理订货手续。

  (4) USM 公司工厂按年产6 万辆设计,同一条生产线上可装配其所有型号的变型车,数量不限。

  (5) 在世界各地建厂,6 个月内投产。

  (6) 4 个月提出一种新车型。

  (7) 设计与制作能力匹配,产品设计与工艺设计同时进行,对全车设计与制作工艺进行虚拟设计和仿真。

  (8) 设计通过后,有打算机选择所有制作设备,并投入生产。

520彩票开户  未来迅速制作/虚拟企业的模式将表现为由打算机网络把持的多个柔性制作单元组成的散布式主动制作与虚拟制作系统。

  3.2 对并行工程的增进

520彩票开户   不断发展的CAD、CAM、CAS(打算机援助造型)、CAT(打算机援助实验)、CAE(打算机援助工程分析)等各个领域渗入虚拟现实技巧 ,并形成一个具有集成性、并行工程的网络。各个虚拟现实工作室工作人员,可以在不同的地点、不同时间、不同场合进行虚拟现实对话,在进行产品设计的同时, 虚拟现实技巧有能力供给大批的数字化三维模型,对分析、研究、建立生产装配线、工艺流程、原材料品种和耗费、工厂费用和成本等,通过检测,最终选定一套最 佳的工厂设计方案。

520彩票开户  同时,企业领导、工程技巧人员、经销商、供给商等,还可在该虚拟现实环境中,共同探讨各种产品的性能与市场远景,以便生产出用户满意的汽车产品,并且有关产品的供货合同、设计、生产、实验、储运等问题,都可以一并解决。

  3.3 在产品实验中的利用

  按传统的工作方法,汽车从产品设计到最后投产,期间不仅要经过几轮实车试装,以检验设计和工艺的合理性,而且要进行大批艰苦又费时耗力的野外实验,若利用虚拟现实技巧,则可在打算机上虚拟各种实验条件,进行车辆520彩票开户的动力性、经济性等实验。

  如虚拟风洞可以让汽车工程师看到模仿的空气流场,使人感到好像真的站在风洞里一样。实验人员把虚拟发动机放入这种“风洞”中,可考核发动机进气、燃烧、排气时气体流动的状态,视察热量在其零部件上的散发过程,以改良制动、排气系统的冷却性能。

  3.4 供、销商介入汽车生产

520彩票开户  以前,每当主机厂设计新车型时,经常因一些技巧参数的更改而与零部件供给商进行重复沟通与协商,而这些沟通与协商几乎都是以邮件、传真等方法进行的,很不方便。

   但在虚拟现实技巧的环境中,主机厂工程技巧人员设计新车型时,可恳求重要零部件供给商将拟采用的零部件数据以CAD 及CAS 的方法输入主机厂的数据库,并让它们进入主机厂的开发网络,当主机厂修正设计方案时,与之配套的零部件也将实时进行修正,不必与供给商重复沟通与协商。
520彩票开户 据悉,IBM 公司已开发了一种“汽车模仿开发系统”,该系统已不仅仅局限于车型开发,还可以供给给汽车生产商以下方面的模仿数据:市场调查、工程研究、数字化制作及产品模仿、测试、制作、产品支撑、数据管理及利用、商业推广打算等。

  3.5 人员培训

  利用虚拟现实技巧建立虚拟培训基地,对有关从业人员进行持续工程教导,关于这一点,可以借鉴航空界利用虚拟现实技巧模仿飞行器的经验,设计模仿驾驶室,训练驾驶员。英国皇家装甲公司曾用虚拟现实技巧对一种新的14.5 吨车辆进行了实验,创立立一种专用车辆训练软件。

  4 小结

  目前,我国汽车界对该项技巧得实际运用尚处于起步阶段,仅在清华大学、天津中国汽车技巧中心等单位的实验室有所利用。

520彩票开户  其实,我国汽车生产企业运用虚拟现实技巧,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打算机软件(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。

   虚拟现实技巧正渗入汽车工业的各个领域,如汽车的虚拟造型、虚拟设计、虚拟工艺制作、虚拟实验、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。虚拟现实技巧的推广和利用将使汽车工业的思想概念、开发方法、部件供给、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更。在虚拟现实技巧的未来发展中,虚拟汽车和真实汽车之间的界限会变得越来越含混。

  我国汽车界在推广和引进虚拟现实技巧的时候,要从我国的实际出发,通过认真地研究外国先进技巧和经验,努力摸索出中国汽车工业迈向该技巧的道路。

 

 

 

 

 

 
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