VR與3D掃描技術助力奧迪e-tron GT實現數位化規劃生產

2020-12-23 車雲網

奧迪 e-tron GT 是首款在生產過程中完全沒有使用實體原型車的奧迪車型,包括 3D 建構掃描、機器學習和虛擬實境技術在內的多項技術創新使之成為可能。整個裝配過程,如裝配程序和員工行為,都在虛擬空間進行了測試與優化,這些虛擬空間對真實世界中各處微小細節都進行了建模。虛擬規劃技術已在多個基地得到了廣泛使用,使數位化工作、互聯工作成為可能,減少了出差或外派,疫情結束後也能大顯身手。3D 掃描和虛擬空間內的規劃還使流程更加高效和可持續。

虛擬規劃的作用與 3D 掃描技術的重要意義 

傳統奧迪新車生產規划過程中都需要使用多種原型車。這些原型車都是在車輛生產規劃初期階段,用手工零件打造出的一次性車型,整個過程既耗費時間,又需要巨大的成本。裝配規劃階段需要使用這些原型車來定義和優化後期生產過程——例如員工的安裝任務是什麼?零件放在哪裡可方便員工取用?整個安裝過程是否可以由員工獨自完成以及其需要什麼步驟與工具?零件的位置之間是否會產生衝突?在奧迪 e-tron GT 的生產計劃中,這些問題都是在虛擬世界中進行推導與回答的。每一個步驟和每一個動作都在數字空間中用虛擬實境技術進行了測試。採用虛擬規劃技術的目標是確保在車輛後期生產過程中,所有生產流程都能完美匹配,確保整個生產周期實現無縫銜接,按要求按比例,精確模擬出生產過程中的每一個細節,3D 掃描技術在這方面作用顯著。奧迪使用特殊的軟硬體設備,創建了一個實體生產設施的虛擬副本,內含車間內所有設備、工具和貨架。內卡蘇姆工廠園區內生產奧迪 e-tron GT 的Bö llinger Hö fe 工廠也進行了數位化模擬。得益於全新的數位化規劃方式,未來車輛生產可在此模型的基礎上提前幾年進行規劃。

3D 掃描技術運作方式與人工智慧技術的作用 

在硬體方面,掃描儀對於生成相應的數據至關重要。 

掃描儀約兩米高,下方裝有四個輪子,方便員工移動。頂部是一個 LiDAR (光探測和測距)單元,三個額外雷射掃描儀及一個攝像頭。在掃描一個空間時,兩個步驟同時進行:廣角相機拍攝空間照片,同時雷射掃描儀精確測量空間大小,並生成周邊環境的三維點雲。僅內卡蘇姆工廠內就有 250,000 平方米的生產空間已使用該技術進行了掃描。軟硬體設施相互配合,將生成的點、圖像和數據集轉化為現有規劃系統可用的整體圖像。軟體為基於人工智慧和機器學習技術的奧迪內部開發的軟體。 

點雲和照片結合,生成一個逼真的 3D 空間,該空間類似於在谷歌街景地圖中看到的畫面。空間比例和大小遵循一定比例,與現實相符。該軟體還能自動識別空間中的所有物體,如機器、貨架和系統等,還可在每次掃描後自動學習,以更精確地識別、區分和分類對象。例如,系統可以區分貨架和鋼梁,貨架2/4位置可在程序中更改,並在虛擬空間中重新定位,而鋼梁的位置不能修改。有了這些數據,人們可從任何起點出發,虛擬巡覽掃描後的生產設施,並將這些數據直接用於車輛生產規劃流程。

虛擬規劃和虛擬實境技術的應用場合與優勢 

奧迪 e-tron GT 是奧迪首款僅在虛擬環境下進行組裝和相關物流流程測試,而沒有使用任何實體原型車的車型。 

為此,奧迪準備了一個全方位的虛擬裝配規劃模型,即數字模型,模擬了車輛數據、材料處理、裝備、工具和計劃裝配過程。3D 掃描就是其中的一個要素。奧迪負責虛擬裝配規劃的 André s Kohler 解釋說,數字模型是進一步創新之基礎。「得益於奧迪開發的虛擬實境解決方案和數字模型,來自世界各地的同事現可在虛擬空間中會面,使用未來生產設施。他們可透過數字工作者的身影執行計劃程序,還可以體驗和優化我們應用中所有替換零件規劃流程。」體驗結果可用於基於 VR 應用的員工培訓。 

越來越多的項目開始在多個生產基地使用這些新技術。例如,奧迪墨西哥聖何塞恰帕斯工廠舉行了以「生產/準備/流程」為主題的研討會。來自英戈爾施塔特的項目團隊成員也參加了研討。以完全虛擬化的數字形象,專家們討論並規劃了奧迪 Q5 的中期改款和全新奧迪 Q5 Sportback 在虛擬實境中的生產。 

所有裝配程序,從人體工程學設計到機器、貨架和零件在裝配線上的精確排列,都是聯合定義和實時測試的。在集團內,奧迪是包括數字模型在內的綜合虛擬實境解決方案研發的領頭羊。作為一個集團項目,該項目在四環品牌的領導下繼續跨品牌開展,並在越來越多的工廠進行推廣。 

構築和流程之外虛擬容器規劃的作用 

虛擬規劃不僅用於車輛生產流程和工作程序。如用於運輸和儲存敏感部件的容器(稱為特殊承載器)等物體也可使用該技術進行規劃。這些用於存放奧迪 e-tron GT 的單個特別敏感的部件(如電氣模塊或內部部件)的容器就是使用奧迪跨工廠、跨部門的虛擬實境應用技術進行規劃,而不是多個鋼鐵實體原型進行規劃的。虛擬容器規劃的工作原理如下:鑑於所有零件都有數據集,這些數據集可在虛擬實境應用中直接按比例進行虛擬存放。如同「生產/準備/流程」研討會一樣,不同工廠的多名員工在一個虛擬空間中會面,這種方式用虛擬方式來檢查定製承載器是否合適。後勤、裝配規劃、職業安全、質保、物流規劃等多個部門的員工和供應商都參與了這一過程。

他們用數字筆在虛擬容器上標出所作的改變,在這個過程中,容器經過多次裝載和卸載,移動與測量。 

運輸過程中零件的最佳安全性是該計劃的目標之一,但員工或機器人也必須能夠輕鬆抓取零件並將其從承載器上移除。一旦虛擬設計完成,人們就可以很容易地導出數據,並製造特殊承載器。 

虛擬規劃技術可持續性高且環保的原因 

有時,少即是多。虛擬規劃技術可持續性高的原因有三點: 

• 使用資源更少:奧迪 e-tron GT 虛擬規劃技術沒有採用實體原型車,不僅節約了時間,還節省了材料和資源。特殊承載器和虛擬容器規劃也是同理:製造金屬原型需要消耗資源和能源,而虛擬規劃在很多情況下節省了這些不必要的消耗。 

• 減少浪費:敏感部件往往用帶有定製保護襯裡的通用承載器運輸,而不是用特殊承載器運輸。這種保護襯裡都是一次性的,而定製容器使得保護襯裡變得多餘,因此虛擬規劃直接減少了浪費。 

• 減少出差:可持續性和環境保護是減少出差的首要目標。在疫情期間,儘可能減少出差也有健康方面的考慮。虛擬規劃在這方面貢獻顯著,那些曾經需要召開線下會議的流程現在可在虛擬空間中實現。虛擬規劃開闢更多可能數字模型是在虛擬空間開闢更多可能的基礎。如將虛擬規劃的可能性(包括數字模型、3D 掃描和虛擬實境應用)與 3D 列印結合起來,「生產/準備/流程」研討會將來也可在混合現實中進行。屆時,人們可通過 3D 印表機立即生產單個零件,而只需消耗少量資源。如此一來,人們可在虛擬空間中對單個元素進行物理測試,如評估零部件的觸感和重量,這是發揮兩個空間優勢的關鍵一步。以虛擬形象在虛擬世界開展虛擬會議和協作將日益取代外派和遠程出差。如今,在基於 3D 掃描儀創建的空間內,數字室內導航已成為可能,使用增強現實技術,機器和設備在虛擬空間中的定位可以精確到釐米。

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