虚拟现实技术在飞机生产制造中的应用

摘要：随着虚拟现实技术的研究逐步深入，该技术也被广泛应用服务于生产和建设等各个领域。本文立足于虚拟现实技术发展，对虚拟现实技术在飞机生产制造过程中的应用状况进行了积极探索，旨在为虚拟现实技术在飞机生产制造过程中的应用研究提供参考资料。

关键词：虚拟现实技术；飞机；生产制造；应用；

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实技术（英文名称：Virtual Reality，缩写为VR）是囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。虚拟现实技术作为仿真技术的一种重要发展方向，是集计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等于一身的综合技术。其中的关键技术主要包括实时三维计算机图形技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，广角（宽视野）立体显示技术，以及触觉或力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。这些技术主要包括模拟环境感知、自然技能和传感设备等多个方面。随着技术的发展和各行业的需求的不断增加，VR技术也在不断发展过程中取得一些突破，并在新的科学技术领域为人类的生产生活提供更大的便利。

二、虚拟现实技术应用于飞机生产制造的意义

从特点而言，飞机的尺寸巨大零部件数目繁多，结构复杂。飞机的生产制造过程从零件、组件、断件、板件等的生产，和这些部件的装配是一个工作量巨大且内容繁杂的过程。其中产品的设计、研发、制造工作中涉及的信息数据也是海量的。虚拟现实技术逐步成熟并应用到飞机的生产制作过程中，不仅为工作人员提供了3D立体的视觉空间效果也为产品的综合信息提供更有效的数据。这些更集中、更全面、更有效的数据不仅提供了更真实，更强烈的感官体验，而且提高了工作质量同时也增加了飞机的使用寿命，还节约了生产和装配的时间和成本。基于虚拟现实技术的装配系统也能够为飞机的设计方案和工艺提供有效的评估检验方法辅助装配工作，进而提高工作效率。

飞机生产和制造是一个需要精确度极高，准确性极强的复杂过程。在这个过程中不仅需要承担繁重工作量，还需要精准的装配技术，更需要注重制造工艺、周期、整体质量等问题。在飞机的生产制造过程中，虚拟现实技术为研究设计、工艺制造、信息共享、技术传递、市场需求等过程提供了一个虚拟的环境。近年来的虚拟现实技术应用也为我们的技术开发和应用提供了更有效的信息，也使技术的应用性更强。通过计算机营造的虚拟环境中，实现对飞机的生产和制造过程中的产品性、功能装配可行性以及生产安全性等问题的预估和研究，为工程师们提供有效的数据支持。

虚拟现实技术的应用，不仅能够在实现飞机设计生产过程的可视化，能够验证装配工艺的合理性，以及各个空间结构装配的准确性，而且还能对模型设计装配工艺方法、工作结构以及生产线布局等进行有效评估，提升飞机制生产制造的质量的同时，也能降低研制成本和周期。虚拟现实技术对飞机生产和制造而言意义重大。

三、虚拟现实技术在飞机生产制造中应用的关键技术

虚拟现实技术在飞机生产设计与制造过程中的应用需要研究虚拟现实技术特点与飞机生产涉及的关联性，并且确认数据在设计生产过程中的操作方法以及实际的生产过程中使用的工具相关、需要搭建的平台以及应用系统相关内容，更要明确虚拟现实技术在飞机生产制造过程中应用的关键技术。

1.VR系统建模技术

作为虚拟现实技术的应用基础，VR系统建模技术是飞机的生产制造过程中应用三维视觉建模其中包括几何、运动、物理属性和对象行为建模等几种形式的技术。

2.碰撞检测技术

飞机机舱设计和制作过程中不但要保障结构的合理性，还要确保系统设备的维修性，可装配性以及机舱舒适性，虚拟现实技术中的碰撞检测技术作为关键技术检测算法的实时性、物体与人体自然属性模拟的真实性。

3.人机交互技术

人机实时交互是实现VR场景沉浸感的关键，主要难点包括：虚拟实体的选择和定位问题、基于数据手套的手势识别问题、基于位置跟踪器的传感器定位精度和响应延迟问题、虚拟触觉与虚拟力反馈的灵敏度问题等。

4.人机工效设计与仿真技术

通过研究多通道体感融合人机工效与仿真方法，建立VR的飞机人机工效设计与仿真准则、规范，制定VR的人机工效设计流程；通过构成人-机-环系统下人机工效测定和评估系统，完成人机工效设计和人在虚拟环境系统中的交互仿真，支持飞机总体布置、驾驶操纵和控制等方面的人机工效设计研究，从而实现飞机研制中人机界面的快速设计。

5.虚拟装配、维修仿真与分析技术

围绕产品装配及维修的设计需求，研究VR环境中模型的实时操作控制技术，奠定操作人员与虚拟环境的交互操作基础；分析VR环境中产品可装配性及可维修性验证与评估手段，并建立评价指标体系；研究VR的装配与维修仿真技术，对飞机可装配性与可维修性实施定性与定量评估。

四、应用虚拟现实技术的飞机的虚拟装配

虚拟装配作为虚拟制造的核心技术是通过获取产品信息和装配工艺后，对整个装配过程进行仿真，并提供可视化环境，从而检验产品生产工艺可行性，验证装配工具的合理性从而提升生产和制造质量和成功率的过程。虚拟现实技术与数字模型为基础借助计算机图形引擎把抽象的计算公式转化成可视的3D模型广泛应用到生产制造领域当中。虚拟现实技术在设计过程中的应用是考虑零部件的装配顺序，在初步完成设计之后通过虚拟模型制定飞机的发动机构造，装配过程以及可能出现的问题借助模拟机床生产流程和工艺模拟飞机的发动机生产原理和设计方案梳理逐条的对比设计和生产、装配过程的可实施性。并且通过VR技术的3D打印仿真分析各个零部件儿的功能性，确保生产和制造的过程都能实时参考数据模型提升生产有效性。

例如，在飞机的零部件生产和制造过程中虚拟现实技术提供的功能性分析对整个生产制作过程起关键性作用。通过虚拟现实技术对一个或多个功能性部件的生产尺寸、尺寸链方程进行功能性分析和公差分析，可以有效减少生产制作的误差。另外，还可以对装配位置进行准确装配计算，分析所有零部件能否成功装配，以达到设计效果。

飞机虚拟装配是根据既定装配工艺和流程对飞机零部件的空间位置进行连续操作，达到装配效果并形成3D动画演示画面的过程。

虚拟装配过程由于侧重点的不同，装配体现出的形式也有所不同，第一种以设计为中心的虚拟装配，更突出设计这一核心思想，将三维数字化定义应用在产品研制过程中。第二种以过程为中心的虚拟装配更突出掌握设计阶段，将产品总体设计每一个流程及对应模型进行有效管理，以实现整个产品研制过程的设计结果和加工工艺的把控并对整体信息进行管理。第三种以仿真为中心的虚拟装配，更突出目标评价产品的可装配性，将产品的设计模型与仿真技术融合到一起进行评估，优化整个装配过程。

参考文献：

[1]尚金秋.集成化虚拟装配理论及其在飞机研制中的应用[J].现代制造技术与装备，2020-02-15。

[2]乔巧玲.基于虚拟现实技术的民用飞机内饰创新设计[J].科技创新导报，2018-02-21。

[3]仲小慧；刘义明；高培轶.VR/AR/MR技术在飞机装配制造领域的应用与发展[J].科学技术创新，2020-07-01。

[4]张秋月;安鲁陵.虚拟现实和增强现实技术在飞机装配中的应用[J].航空制造技术，2017-06-01。

[5]何凯.飞机内装饰设计对虚拟现实技术的应用[J].科技创新与应用，2014-11-08。

作者简介：杨宇超 男 19910623 本科 籍贯 辽宁大连 职称 工程师 专业 直升机飞行技术 单位 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司