最近一段時間，汽車行業(yè)中最熱鬧的應(yīng)當(dāng)是自動駕駛汽車和未來的出行方式。但是有一項不那么顯眼的技術(shù)--雖然它是汽車研發(fā)工作中的一個重要環(huán)節(jié)--虛擬現(xiàn)實，卻被人們忽視了。

 

 

在上周，我們有幸參觀了福特位于美國密歇根州迪爾伯恩的虛擬現(xiàn)實實驗室，一窺福特使用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。該技術(shù)幫助汽車生產(chǎn)商完成了大量的工作，直至汽車正式推向市場。我們發(fā)現(xiàn)，福特主要在三個功能區(qū)使用了VR技術(shù)：設(shè)計、工程和制造。

 

 

自從一個新車型達(dá)成構(gòu)想之后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就開始介入了。這會在福特的“2000X工作室”中開始，該工作室為福特的設(shè)計部門提供支持。

 

當(dāng)然，在以前，汽車是用紙和筆設(shè)計出來的，近代以來，設(shè)計者們開始依賴CAD工具。但是這兩種方案都有明顯的缺陷，汽車的設(shè)計--畢竟是一個三維的物體--都是在一個二維的平面進(jìn)行設(shè)計的。而使用VR技術(shù)，福特的設(shè)計師們現(xiàn)在可以戴上頭顯，在三維環(huán)境中用一個數(shù)字的魔杖繪制出他們的想法，還可以在3D的虛擬環(huán)境中走動。

 

 

福特使用的沉浸式虛擬現(xiàn)實使用了23個攝像頭的動作捕捉系統(tǒng)以及頭顯設(shè)備，來讓工人沉浸到一個未來的工作環(huán)境中

 

通過解鎖在3D中進(jìn)行設(shè)計的潛能，并且為照片級的逼真環(huán)境增加動畫內(nèi)容和3D渲染技術(shù)，設(shè)計師們還可以在真實世界中看到他們對新車的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。

 

比如，一個全新的運(yùn)動型汽車的設(shè)計過程可以在虛擬的賽車場維修道中進(jìn)行，通過佩戴的VR頭顯，設(shè)計師可以圍著這輛車走動，并且在一個360度的環(huán)境中對其進(jìn)行檢視。作為一個設(shè)計師，你可以在其中獲得一輛未來的汽車的完整和精確的視覺信息，就像你真正從某個用戶的汽車旁邊走過那樣。這就是VR所做到的事，而且是在這輛車并不真實存在的前提下就能做到的事。

 

 

當(dāng)一輛汽車的理念得到驗證之后，福特決定要制造它，VR就會再次出現(xiàn)，在把設(shè)計語言變成真實的終端產(chǎn)品的過程中扮演一個不可或缺的角色。

 

工程師們會沉浸其中確定更好的設(shè)計細(xì)節(jié)，并且必須就產(chǎn)品部件、引擎、內(nèi)部人體工學(xué)等設(shè)計細(xì)節(jié)做出決定。當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計組合到一起時，福特沉浸式汽車環(huán)境實驗室(FiVE)會繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計，他們要開始創(chuàng)建一個完整尺寸的，三維的，虛擬版本的汽車，直至該產(chǎn)品逐漸進(jìn)入生產(chǎn)過程。

 

也就是說，到這款汽車真正準(zhǔn)備好建造開始，每個細(xì)節(jié)都會被仔細(xì)考慮，比如座椅、儀表盤、照明燈支架--你能想到的那些都有--會變成一個完整尺寸的，虛擬版的汽車的部件。之后，通過使用VR頭盔，設(shè)計師和工程師們可以在車的四周走動來對其進(jìn)行檢查，就像這輛車真的在實驗室里一樣。

 

 

工程師們甚至還可以隨心所欲地“看透”這輛車。比如，工程師們在討論后備箱的鉸鏈結(jié)構(gòu)時，可以選擇通過虛擬的透視圖來觀看后備箱的金屬結(jié)構(gòu)。

 

那么，為什么要從頭來“制造”這樣一個虛擬版本的汽車呢?

 

使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以帶給工程實際過程極高的效率和無限的可能性。而這些對于真實的工作環(huán)境來說是非常困難的。比如說，汽車的部件會很頻繁的--并且是數(shù)字化的--被替換，以進(jìn)行評估，比如乘客部分的人體工學(xué)設(shè)計，乘坐舒適度和外部面板的設(shè)計，或者儀表盤的設(shè)計等等。設(shè)計師們還可以看到汽車外部面板的一個微小的改動會如何影響到真實駕駛時的陰影和光線的反射。

 

而使用這一技術(shù)，即沉浸式VR技術(shù)的結(jié)果，就像福特所說的那樣，能夠支持頻繁的原型設(shè)計改動和工程開發(fā)過程。這一過程是可以高度重復(fù)的，并且可以接受任何必要的工程變動。比如，設(shè)計師們在設(shè)計新款野馬時，遇到了內(nèi)部面板如何放置才能符合靠左駕駛或靠后駕駛版本的要求這一問題，他們就可以通過使用VR來解決。福特這樣告訴我們。
 

并且，真正酷的地方在于，設(shè)計師和工程師可以遠(yuǎn)程協(xié)作。比如，在設(shè)計新的野馬時，位于迪爾伯恩的VR實驗室的團(tuán)隊可以和澳大利亞的兄弟團(tuán)隊進(jìn)行合作--并且這一合作是實時的。通過使用VR技術(shù)，工程師們能夠圍繞同樣的完整尺寸的3D版虛擬野馬汽車走動，并且就其任何細(xì)節(jié)信息進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。

 

如此精細(xì)地設(shè)計虛擬汽車的細(xì)節(jié)是相當(dāng)辛苦的。但是福特表示，他們通過在工程階段使用這項技術(shù)節(jié)省了大量的時間，而對數(shù)字原型進(jìn)行頻繁的調(diào)整也減少了以前必須要制作的泥土模型的數(shù)量。除此之外，遠(yuǎn)程協(xié)助還減少了差旅的成本。

 

　　
所有這些，當(dāng)然都會節(jié)約開支。但是，福特認(rèn)為更重要的是，這項技術(shù)加速了產(chǎn)品設(shè)計過程，并且允許采用更高端的工藝。福特宣稱，據(jù)他所知，自己是第一家在汽車設(shè)計過程中使用高分辨率、4K實時VR技術(shù)的汽車公司。

 

 

當(dāng)設(shè)計和工程過程完成后，福特VR實驗室就開始在虛擬制造技術(shù)上下功夫了。這是一個非常重要的步驟，可以向設(shè)計和工程部分反饋重要信息。

 

虛擬制造實驗室的主要功能是評估制造這輛汽車的可行性，同時還會引入工人的工作內(nèi)容。畢竟無論你能夠設(shè)計出多么完美的汽車，如果無法制造或者制造過程不安全的話，還是相當(dāng)于白搭。

 

在虛擬制造實驗室中，福特的團(tuán)隊會使用VR和3D打印技術(shù)來創(chuàng)作出虛擬的工作站，來逐步仿制出虛擬的世界各地的生產(chǎn)線環(huán)境。并且通過使用安裝在工人身上的傳感器，全身動作捕捉系統(tǒng)會提供未來生產(chǎn)線上的工人可能會產(chǎn)生的動作信息。畢竟這些動作在真實的汽車生產(chǎn)過程中都會遇到。

 

通過使用VR和3D打印技術(shù)，一個變速箱會虛擬地安裝到引擎上。屏幕會呈現(xiàn)出頭顯用戶所看到的場景。

 

 

比如，在上面的照片中，你可以看到一個人戴著VR頭顯，旁邊是一個白色的3D打印部件。這個部件就是一個真實尺寸的變速箱。這名員工需要把變速箱和引擎對齊，而這個引擎，只有在他的頭顯中才可以看到。

 

這是一個真實的測試案例，用來確保工人們能夠有足夠好的視角來把螺栓對齊，把變速箱和引擎組合起來。根據(jù)VR中得到的結(jié)果，這些數(shù)據(jù)會提供給工程團(tuán)隊，并且對螺栓的長度等數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，來保證安裝工序的正常進(jìn)行。

 

使用VR技術(shù)來計劃生產(chǎn)線流程的好處在于，如果某個產(chǎn)品容易被制造出來的話，那么它既能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時還可以降低工人受傷的風(fēng)險。

 

比如，全身動作捕捉技術(shù)可以做到這一點，如果一個工人在組裝過程中必須伸手去取某個部件的話，福特可以測量工人的腰椎部位的受力情況，然后來評估這是否會超過對人體的安全性限制。如果確實存在這一問題，工程團(tuán)隊就要做出修改。

 

再比如，使用VR技術(shù)還可以幫助計算需要多大的體力才能把車身面板舉到既定的機(jī)械臂的高度和角度。這是否會影響到不同身高的公認(rèn)?如果有影響的話，是不是有必要改變流程，來適應(yīng)不同的工人呢?

 

 

通過使用VR技術(shù)，能夠預(yù)測工人在未來生產(chǎn)線上的位置移動。這是極其有價值的數(shù)據(jù)。福特表示，自從開始使用虛擬制造過程之后，汽車制造工人們發(fā)生了顯而易見的變化：

 

1、通過使用最新的人體工學(xué)研究，減少了70%的工人受傷概率。

 

2、避免了90%的過多的運(yùn)動，困難的手部動作，以及新車型上難以安裝的部件。

 

3、由于減少受傷概率，降低了75%的工傷缺勤概率。

 

 

總結(jié)一下，福特通過使用VR技術(shù)來加強(qiáng)設(shè)計、工程和制造過程，已經(jīng)證明VR在產(chǎn)品研發(fā)的整個過程中都是一個強(qiáng)大的工具。

 

VR不僅是真實世界活動的一個精確的代用品，同時還提供了可以創(chuàng)作出無限可能性的工具，人們可以通過考察評估，選擇出在每個階段中最合適的應(yīng)用方式，這樣一來，每個過程都能得到優(yōu)化。