VR与3D扫描技术助力奥迪e-tron GT实现数字化规划生产

  • 新闻菌
  • 发表于: 2020/12/18 18:32:57 来源:车云网

奥迪 e-tron GT 是首款在生产过程中完全没有使用实体 原型车的奥迪车型,包括 3D 建构扫描、机器学习和虚拟现实技术在内的多项技术创新使之成 为可能。整个装配过程,如装配程序和员工行为,都在虚拟空间进行了测试与优化,这些虚拟 空间对真实世界中各处微小细节都进行了建模。虚拟规划技术已在多个基地得到了广泛使用, 使数字化工作、互联工作成为可能,减少了出差或外派,疫情结束后也能大显身手。3D 扫描 和虚拟空间内的规划还使流程更加高效和可持续。

1. VR与3D扫描技术助力奥迪e-tron GT实现数字化规划生产.jpg

虚拟规划的作用与 3D 扫描技术的重要意义 

传统奥迪新车生产规划过程中都需要使用多种原型车。这些原型车都是在车辆生产规划初期阶段,用手 工零件打造出的一次性车型,整个过程既耗费时间,又需要巨大的成本。装配规划阶段需要使用这些原 型车来定义和优化后期生产过程——例如员工的安装任务是什么?零件放在哪里可方便员工取用?整个 安装过程是否可以由员工独自完成以及其需要什么步骤与工具?零件的位置之间是否会产生冲突?在奥 迪 e-tron GT 的生产计划中,这些问题都是在虚拟世界中进行推导与回答的。每一个步骤和每一个动作 都在数字空间中用虚拟现实技术进行了测试。采用虚拟规划技术的目标是确保在车辆后期生产过程中, 所有生产流程都能完美匹配,确保整个生产周期实现无缝衔接,按要求按比例,精确模拟出生产过程中 的每一个细节,3D 扫描技术在这方面作用显著。奥迪使用特殊的软硬件设备,创建了一个实体生产设 施的虚拟副本,内含车间内所有设备、工具和货架。内卡苏姆工厂园区内生产奥迪 e-tron GT 的 Bö llinger Hö fe 工厂也进行了数字化模拟。得益于全新的数字化规划方式,未来车辆生产可在此模型的 基础上提前几年进行规划。

3D 扫描技术运作方式与人工智能技术的作用 

在硬件方面,扫描仪对于生成相应的数据至关重要。 

2. 虚拟车间内进行测试.jpg

扫描仪约两米高,下方装有四个轮子,方便员工移动。顶部是一个 LiDAR (光探测和测距)单元,三个额 外激光扫描仪及一个摄像头。在扫描一个空间时,两个步骤同时进行:广角相机拍摄空间照片,同时激 光扫描仪精确测量空间大小,并生成周边环境的三维点云。仅内卡苏姆工厂内就有 250,000 平方米的 生产空间已使用该技术进行了扫描。软硬件设施相互配合,将生成的点、图像和数据集转化为现有规划 系统可用的整体图像。软件为基于人工智能和机器学习技术的奥迪内部开发的软件。 

点云和照片结合,生成一个逼真的 3D 空间,该空间类似于在谷歌街景地图中看到的画面。空间比例和 大小遵循一定比例,与现实相符。该软件还能自动识别空间中的所有物体,如机器、货架和系统等,还 可在每次扫描后自动学习,以更精确地识别、区分和分类对象。例如,系统可以区分货架和钢梁,货架 2/4 位置可在程序中更改,并在虚拟空间中重新定位,而钢梁的位置不能修改。有了这些数据,人们可从任 何起点出发,虚拟巡览扫描后的生产设施,并将这些数据直接用于车辆生产规划流程。

虚拟规划和虚拟现实技术的应用场合与优势 

奥迪 e-tron GT 是奥迪首款仅在虚拟环境下进行组装和相关物流流程测试,而没有使用任何实体原型车 的车型。 

为此,奥迪准备了一个全方位的虚拟装配规划模型,即数字模型,模拟了车辆数据、材料处理、装备、 工具和计划装配过程。3D 扫描就是其中的一个要素。奥迪负责虚拟装配规划的 André s Kohler 解释说, 数字模型是进一步创新之基础。“得益于奥迪开发的虚拟现实解决方案和数字模型,来自世界各地的同 事现可在虚拟空间中会面,使用未来生产设施。他们可透过数字工作者的身影执行计划程序,还可以体 验和优化我们应用中所有替换零件规划流程。”体验结果可用于基于 VR 应用的员工培训。 

3. 虚拟空间.jpg

越来越多的项目开始在多个生产基地使用这些新技术。例如,奥迪墨西哥圣何塞恰帕斯工厂举行了以 “生产/准备/流程”为主题的研讨会。来自英戈尔施塔特的项目团队成员也参加了研讨。以完全虚拟化 的数字形象,专家们讨论并规划了奥迪 Q5 的中期改款和全新奥迪 Q5 Sportback 在虚拟现实中的生产。 

所有装配程序,从人体工程学设计到机器、货架和零件在装配线上的精确排列,都是联合定义和实时测 试的。在集团内,奥迪是包括数字模型在内的综合虚拟现实解决方案研发的领头羊。作为一个集团项目, 该项目在四环品牌的领导下继续跨品牌开展,并在越来越多的工厂进行推广。 

构筑和流程之外虚拟容器规划的作用 

虚拟规划不仅用于车辆生产流程和工作程序。如用于运输和储存敏感部件的容器(称为特殊承载器)等 物体也可使用该技术进行规划。这些用于存放奥迪 e-tron GT 的单个特别敏感的部件(如电气模块或内 部部件)的容器就是使用奥迪跨工厂、跨部门的虚拟现实应用技术进行规划,而不是多个钢铁实体原型 进行规划的。虚拟容器规划的工作原理如下:鉴于所有零件都有数据集,这些数据集可在虚拟现实应用 中直接按比例进行虚拟存放。如同“生产/准备/流程”研讨会一样,不同工厂的多名员工在一个虚拟空 间中会面,这种方式用虚拟方式来检查定制承载器是否合适。后勤、装配规划、职业安全、质保、物流 规划等多个部门的员工和供应商都参与了这一过程。

他们用数字笔在虚拟容器上标出所作的改变,在这 个过程中,容器经过多次装载和卸载,移动与测量。 

4. 3D打印机.jpg

运输过程中零件的最佳安全性是该计划的目标之一,但员工或机器人也必须能够轻松抓取零件并将其从 承载器上移除。一旦虚拟设计完成,人们就可以很容易地导出数据,并制造特殊承载器。 

虚拟规划技术可持续性高且环保的原因 

有时,少即是多。虚拟规划技术可持续性高的原因有三点: 

• 使用资源更少:奥迪 e-tron GT 虚拟规划技术没有采用实体原型车,不仅节约了时间,还节省了材 料和资源。特殊承载器和虚拟容器规划也是同理:制造金属原型需要消耗资源和能源,而虚拟规划 在很多情况下节省了这些不必要的消耗。 

• 减少浪费:敏感部件往往用带有定制保护衬里的通用承载器运输,而不是用特殊承载器运输。这种 保护衬里都是一次性的,而定制容器使得保护衬里变得多余,因此虚拟规划直接减少了浪费。 

• 减少出差:可持续性和环境保护是减少出差的首要目标。在疫情期间,尽可能减少出差也有健康方 面的考虑。虚拟规划在这方面贡献显著,那些曾经需要召开线下会议的流程现在可在虚拟空间中实 现。 虚拟规划开辟更多可能 数字模型是在虚拟空间开辟更多可能的基础。如将虚拟规划的可能性(包括数字模型、3D 扫描和虚拟 现实应用)与 3D 打印结合起来,“生产/准备/流程”研讨会将来也可在混合现实中进行。届时,人们 可通过 3D 打印机立即生产单个零件,而只需消耗少量资源。如此一来,人们可在虚拟空间中对单个元 素进行物理测试,如评估零部件的触感和重量,这是发挥两个空间优势的关键一步。以虚拟形象在虚拟 世界开展虚拟会议和协作将日益取代外派和远程出差。如今,在基于 3D 扫描仪创建的空间内,数字室 内导航已成为可能,使用增强现实技术,机器和设备在虚拟空间中的定位可以精确到厘米。

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