全程無需物理原型，奧迪如何通過VR生產(chǎn)新e-tron GT車型？
發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 09:28 | 標(biāo)簽：
奧迪 奧迪e-tron 內(nèi)卡蘇姆
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越來越多的汽車廠商正在推出新能源汽車，奧迪也是其中一員。但與往常不同的是，奧迪推出的e-tron GT是第一款完全沒有物理原型計(jì)劃而生產(chǎn)出的奧迪車型。多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新使這款車型成功生產(chǎn)成為可能，這其中包括三維建模掃描、機(jī)器學(xué)習(xí)過程以及虛擬現(xiàn)實(shí)的使用。
奧迪的所有組裝流程（例如程序和員工行為）均在虛擬空間中進(jìn)行了測試和優(yōu)化，這些虛擬空間對真實(shí)世界中的對應(yīng)模型進(jìn)行了建模，直到呈現(xiàn)出最精細(xì)的細(xì)節(jié)。現(xiàn)在，虛擬計(jì)劃已跨越了物理邊界，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、互聯(lián)的工作，而無需員工出差或外派工作。這其中的重要作用不僅僅只是體現(xiàn)在當(dāng)下的疫情期間，虛擬空間中的3D掃描和計(jì)劃也能使汽車生產(chǎn)流程變得更加高效和可持續(xù)。
在傳統(tǒng)的計(jì)劃流程中，需要制作各種原型用于生產(chǎn)新的奧迪車型。車輛原型是在早期計(jì)劃階段用帶有手工零件的一次性模型制造，而制作這些原型既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢。
裝配計(jì)劃使用這些原型來定義和優(yōu)化后續(xù)的生產(chǎn)過程。員工的任務(wù)是什么？為了使員工能夠以最佳的方式使用零件，必須將零件放置在哪里？員工可以自己握住并安裝零件嗎？她必須怎樣才能做到這一點(diǎn)？還有其他部分嗎？他需要什么工具？——這些都是需要考慮的問題。
現(xiàn)在，在計(jì)劃e-tron GT車型的組裝時(shí)，奧迪員工的所有組裝過程（例如工作流程和操作）都在虛擬空間中進(jìn)行了測試和優(yōu)化。
在奧迪e-tron GT的生產(chǎn)計(jì)劃期間，這些問題是在虛擬世界中獲得答案的。奧迪使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字空間中測試了每個(gè)步驟和動(dòng)作。虛擬計(jì)劃的目標(biāo)是確保在車輛的后續(xù)生產(chǎn)過程中，所有過程都能完美地嚙合，并且沿生產(chǎn)線的各個(gè)周期進(jìn)行無縫協(xié)調(diào)。這就要求生產(chǎn)車間的每個(gè)細(xì)節(jié)都必須精確建模并按比例繪制，而這就是3D掃描發(fā)揮作用的地方。奧迪使用特殊的硬件和軟件，對實(shí)體生產(chǎn)設(shè)施（包括所有設(shè)備、工具和貨架）進(jìn)行虛擬復(fù)制，通過3D技術(shù)建模將它們精細(xì)地呈現(xiàn)到虛擬世界中。
奧迪e-tron GT的制造工廠位于德國內(nèi)卡蘇姆（Neckarsulm）的奧迪BollingerHöfe，這家工廠也同樣存在于數(shù)字世界中。由于采用了新的數(shù)字化計(jì)劃方法，因此基于該模型幾乎可以節(jié)約數(shù)年的時(shí)間以快速進(jìn)行生產(chǎn)。
掃描儀（硬件）對于生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。它高約2米，被安裝在四個(gè)輪子上，以便員工能夠在空間中移動(dòng)它。掃描儀的頂部是LiDAR（光檢測和測距）單元，附加三臺激光掃描儀以及一臺攝像機(jī)。
奧迪在其內(nèi)卡蘇爾姆工廠使用特殊軟件和硬件，對生產(chǎn)車間和整個(gè)建筑物進(jìn)行了三維掃描。
掃描空間時(shí)，會(huì)同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)過程：廣角相機(jī)用于拍攝空間圖片，而激光掃描儀可以精確地測量空間并生成周圍環(huán)境的三維點(diǎn)云。僅是生成內(nèi)卡蘇爾姆工廠的現(xiàn)場就已經(jīng)掃描了250,000平方米的生產(chǎn)車間空間。雖然工作量很大，但是，硬件和軟件之間的交互會(huì)獲取生成的點(diǎn)、圖像和數(shù)據(jù)集，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)榭膳c現(xiàn)有計(jì)劃系統(tǒng)一起使用的可用總體圖像。
這里使用的軟件是奧迪基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)而成的。點(diǎn)云和照片結(jié)合在一起，產(chǎn)生了一個(gè)逼真的三維空間，效果類似于在谷歌街景視圖中看到的那樣。空間的大小是按比例繪制的，并且與實(shí)際情況相對應(yīng)。該軟件還可以自動(dòng)識別空間中的所有物體，例如機(jī)器、架子和系統(tǒng)。
它還會(huì)在每次掃描時(shí)自動(dòng)學(xué)習(xí)，以更加精確地識別、區(qū)分和分類對象。例如，系統(tǒng)能夠區(qū)分架子和鋼梁。架子的位置可以稍后在程序中更改，然后重新放置在虛擬空間中，而鋼梁并不會(huì)。通過這些數(shù)據(jù)，員工可在任何起點(diǎn)虛擬地瀏覽已掃描的生產(chǎn)設(shè)施，并可直接用于計(jì)劃過程。
利用VR進(jìn)行虛擬計(jì)劃及其優(yōu)勢
奧迪e-tron GT是該品牌首款裝配程序和相關(guān)物流流程僅經(jīng)過虛擬測試，且沒有任何物理原型的車輛。
為此，需要將帶有車輛數(shù)據(jù)、物料搬運(yùn)、設(shè)備、工具和計(jì)劃過程的裝配計(jì)劃整體轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字模型，3D掃描在其中扮演了重要的角色。
正如奧迪負(fù)責(zé)虛擬裝配計(jì)劃的Andres Kohler解釋的那樣，數(shù)字模型是進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)。“借助奧迪在這里開發(fā)的VR解決方案和數(shù)字模型，來自世界各地的同事現(xiàn)在可以在虛擬空間中聚會(huì)，并在明天的生產(chǎn)設(shè)施中找到自己。在執(zhí)行計(jì)劃的程序時(shí)，他們可以參考數(shù)字模型進(jìn)行他們的工作。他們還可以體驗(yàn)和優(yōu)化應(yīng)用中任何零件裝配的計(jì)劃流程。”
除此之外，奧迪也可以基于VR應(yīng)用程序?qū)⒔Y(jié)果用于培訓(xùn)員工。這些新的可能性現(xiàn)在正在越來越多的項(xiàng)目以及多個(gè)站點(diǎn)中得到體現(xiàn)。例如，奧迪在其墨西哥圣何塞恰帕市的工廠舉行了3P研討會(huì)（3P =生產(chǎn)準(zhǔn)備過程），Ingolstadt的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員也參加了會(huì)議。在數(shù)字化的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，專家們討論并計(jì)劃了奧迪Q5外觀和新的VR Q5 Sportback的生產(chǎn)。
包括人體工程學(xué)方面以及沿裝配線的機(jī)器、架子和零件的準(zhǔn)確布置在內(nèi)，所有裝配程序都可以實(shí)時(shí)共同定義和測試。
虛擬計(jì)劃不僅限于流程和工作程序，也可以使用此技術(shù)計(jì)劃諸如用于運(yùn)輸和存儲(chǔ)敏感零件的貨柜之類的對象，被稱為特殊負(fù)載貨柜。這些用于奧迪e-tron GT的各個(gè)特別敏感部分（例如，電氣模塊或內(nèi)部零件）的貨柜是使用奧迪的跨站點(diǎn)和跨部門虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序，而不是使用多個(gè)鋼鐵實(shí)體原型進(jìn)行計(jì)劃的。
奧迪內(nèi)卡蘇姆工廠的物流計(jì)劃人員目前正在測試如何在沒有任何物理原型的情況下完全在虛擬空間中計(jì)劃和測試特殊貨柜。
虛擬貨柜計(jì)劃的工作原理如下：由于所有部分都有數(shù)據(jù)集，因此可以直接加載這些數(shù)據(jù)集并在VR應(yīng)用程序中按比例縮放。與3P研討會(huì)一樣，來自不同地點(diǎn)的多名員工在虛擬空間中會(huì)面，他們在其中使用零件來檢查這些完美且量身定制的負(fù)載載體。來自物流、裝配計(jì)劃、職業(yè)安全、質(zhì)量保證、物料流計(jì)劃的員工以及供應(yīng)商都參與了此過程。他們使用數(shù)字筆在虛擬貨柜上標(biāo)記其需要更改的部分，并在此過程中裝卸貨柜，進(jìn)行移動(dòng)和測量。
保證零件在運(yùn)輸過程中擁有最佳安全性是該計(jì)劃的目標(biāo)之一。但是員工或機(jī)器人也必須能夠輕松抓住零件并將其從負(fù)載貨柜中取出。一旦完成虛擬設(shè)計(jì)，就可以簡單地導(dǎo)出數(shù)據(jù)并制造特殊的負(fù)載載體。
有時(shí)Less is more，因此，虛擬計(jì)劃有三個(gè)特點(diǎn)凸顯了可持續(xù)性：
更少資源：無需物理原型的奧迪e-tron GT虛擬計(jì)劃不僅節(jié)省了時(shí)間，還節(jié)省了材料和資源。特殊的載物臺和虛擬貨柜計(jì)劃減少了制造鋼鐵原型需要的資源和能源，因?yàn)樘摂M計(jì)劃無需實(shí)物，就能使這些步驟在虛擬空間中完成。
更少的浪費(fèi)：敏感零件通常采用定制保護(hù)原理并使用通用載具運(yùn)輸。但是，這種保護(hù)性襯里始終是純一次性的材料，而使用定制貨柜則不再需要這些材料，虛擬計(jì)劃因此直接減少了浪費(fèi)。
更少的商務(wù)旅行：可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)是奧迪的主要目標(biāo)。而且在當(dāng)前新冠疫情肆虐的情況下，出于健康原因，也要盡可能減少商務(wù)旅行的次數(shù)。虛擬計(jì)劃在其中扮演了重要角色，因?yàn)樵?jīng)需要召開線下會(huì)議的流程現(xiàn)在可以直接在虛擬空間中進(jìn)行。
數(shù)字模型是讓虛擬空間更進(jìn)一步的基礎(chǔ)。如果將虛擬計(jì)劃的可能性（包括數(shù)字模型、3D掃描和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序）與3D打印相結(jié)合，即可通過3D打印機(jī)立即生產(chǎn)單個(gè)零件，這樣僅需消耗少量資源。
使用3D打印機(jī)中的零件，將來還可以在虛擬空間中對單個(gè)元素進(jìn)行物理測試。例如評估零件的觸覺和重量，這是結(jié)合兩個(gè)世界優(yōu)勢的關(guān)鍵一步。
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