飞机部件装配在整个飞机制造过程中所占比例大，是一项涉及多个领域学科的综合集成技术，与产品的质量、生产周期和制造成本密切相关。现在已经有针对飞机部件装配产品批量小、型号多、装配工序复杂、精度要求高等问题，开展了基于VR的虚拟装配技术研究。作为纳斯达克上市企业“微美全息WIMI.US”旗下研究机构“微美全息科学院”的科学家们详细探讨了关于虚拟现实的飞机部件装配工艺技术研究与应用。
对产品在制造生产前，工艺人员在虚拟环境下规划产品的装配顺序和路径、选择工装夹具和操作方法，验证装配工艺设计的合理性，及时发现工艺中存在的各种设计缺陷、结构干涉等问题，直观科学地分析装配对象的可操作性、可视性、可达性，根据虚拟仿真模拟，修改和优化工艺方法、工装结构及生产线布局等。最终生成科学合理的产品装配工艺方案，缩短装配周期、降低装配成本、提高部件装配质量。
该项技术是基于虚拟现实平台，以CAD软件数模作为输入条件，以计算机虚拟仿真作为技术支撑，以桌面式或沉浸式虚拟环境作为实施途径，通过CAD建模、虚拟装配工艺设计仿真、工艺文档生成与示教，真实地模拟产品装配过程，发现更多的装配问题，避免更多的设计缺陷。然而，以二维显示器、键盘、鼠标为主要交互工具的人机界面以及CAD软件移动、缩放、旋转命令在仿真时的局限性，影响了技术的进一步发展，沉浸式虚拟环境通过直接三维操作对产品模型进行的管理，完整地体现了装配的中间过程和三维路径，完善了此项技术，也因此得到了广泛应用。
20世纪90年代中期，有出现对虚拟装配技术进行初步研究，提出了利用虚拟现实软件、硬件为装配工艺技术提供具有沉浸性、交互性、逼真性、操作便捷的虚拟场景。随着相关国家以及工业信息化部门支持力度的加大，他们取得了诸多研究成果，并得到了良好的应用和推广。而国内主要停留在桌面式虚拟装配阶段，配套的虚拟环真分析检查各类设计及工艺问题，最终得到一个科学、系统的产品装配规划。
1、虚拟装配工艺技术体系结构
虚拟装配工艺技术体系结构，具体包括如下3方面：
（1）数据层。体系中的数据信息，如查看权限、使用及修改权限、审批报送流程等；产品规划设计信息主要包括装配过程中零部件之间的几何位置关系、装配顺序、约束关系、装配路径、工艺结构描述等。
（2）执行层。执行层主要包括境设备相对落后。
基于VR的飞机装配工艺技术主要是指利用虚拟现实技术建立一个高逼真的沉浸式交互装配环境，以装配工艺设计人员为中心。根据相应知识经验，通过CAD数模，在计算机中建立产品零部件的装配序列及三维装配路径，通过装配仿层主要包括产品零部件几何数模信息、工装及工具几何数模信息、软件系统管理数据信息以及产品工艺规划设计信息。部件产品、工装、工具的几何数模主要来源于CATIA软件，包括产品的各项几何信息、属性特征、相互关系等；软件系统管理数据主要存储产品的相关管理虚拟装配环境的建立、装配工艺流程设计、仿真分析结果输出。
虚拟装配环境的建立首先要在仿真环境中定位产品与资源，接着设定导入产品资源的模型属性，如产品的动态属性、可碰撞性、干涉属性及溶解补偿；装配工艺流程设计包括装配序列规划、装配路径设定、碰撞干涉检查、建立几何对象约束关系、附带公差的拆卸仿真及人机工程分析优化等；虚拟装配系统可以将装配仿真结果进行实时记录，并能以工艺文档和三维仿真动画形式输出，根据仿真过程确定科学合理的装配先后次序，三维装配路径可以作为实际工作的参考和指导。仿真分析结果输出内容主要有工艺目录生成、工艺规程参考文件、人机交互仿真结果、产品干涉及设计缺陷、装配示教文件等。
（3）支撑层。虚拟现实环境是虚拟装配工艺设计规划的硬件支撑，以工艺操作人员为中心，实现在沉浸环境中装配工艺设计的信息交流与交互操作。主要通过虚拟操作指令和参数的输入，调用应用层相应的处理模块进行处理，实现场景的虚拟漫游，从而使系统具有直观、逼真的人机交互界面。
2、虚拟现实环境下的装配工艺技术特点
（1）装配工艺方式虚拟化。
数字模型三维虚拟化、可视及操作环境虚拟化、人机交互操作过程虚拟化是装配工艺方式虚拟化的3个主要方面。在虚拟立体环境下，工艺人员通过CAD提供的数模资源，进行与实际装配过程相同的虚拟化操作，虚拟装配工艺设计的实施对象、操作过程以及所用的装配资源，均与生产实际高度吻合，因而可以生动直观地反映产品装配的真实过程，使仿真结果具有高可信度。
（2）人机交互的装配方式。
桌面式的三维静态装配和基于VR的虚拟装配主要区别体现在人机交互功能方面。借助VR的主要设备，如数据衣、数据头盔和手套、三维操作鼠标等，使得工艺人员在与实际工作环境相似的虚拟场景中完成对零部件的移动、旋转、抓取、安装、拆卸等工作，让操作者真正的介入到装配过程中，体现人的主观意图和思想，充分利用所掌握的装配经验和知识，实现以人为中心的工艺设计。
（3）设计与制造的桥梁纽带。
虚拟装配工艺是产品设计制造上游和下游的过渡阶段，是产品生命周期中重要的一环，保障了产品在设计制造、质量检验、经营管理等方面的信息集成。设计过程中的三维数模、制造过程需要的工装数模、使用的自动化设备数模、通过工艺划分及仿真得到的工艺模型等在整个过程中形成统一的整体。虚拟装配工艺即实现了实物模型向三维数模的转化，又实现了装配过程规划、分析仿真、优化处理在虚拟环境下完成，紧密连接着产品链条的各个环节。
3、虚拟现实环境下的装配工艺技术优点
（1）可以实现虚拟沉浸环境下的三维交互。
传统装配仿真交互方式简单，只能通过二维的输入输出设备（鼠标、键盘和平面显示器等）对零件的几何模型进行操作，装配规划的效率较低。虚拟现实环境下的装配仿真通过沉浸式显示系统和空间交互设备的全面支持，实现工艺人员第一视角的随动观察与操作，模拟真实工作过程，在三维空间快速准确地实现移动、旋转、缩放，并可获得真实的反馈，增强互动体验，快速发现不同视角下暴露的装配问题。
（2）弥补传统装配仿真拆卸互逆思想等不足。
多数装配仿真思路是拆卸和装配的逆过程，通过规划装配模型的拆卸顺序快速得到产品装配顺序。但装配顺序和拆卸顺序不是完全可逆的过程，所以得到的装配顺序只能作为一个参考，而虚拟现实环境下对产品的安装操作及定位有自身优势，可以对此顺序进行安装过程仿真验证和路径记录。
结论
针对飞机部件装配工艺规划设计和生产的实际问题和需求，本文开展了虚拟现实环境下的装配工艺技术体系结构梳理工作，着重研究了该技术相比传统做法及现有装配仿真的特点和优势，并在飞机部件配件中进行了实际生产应用，起到了关键作用，但是此项技术想要得到成熟、系统、广泛的应用还有很长路要走，将来要着重研究虚拟装配理论和实际生产差别化问题，即虚拟装配的实用性、虚拟装配对象模型的数据显示形式问题，即解决模型三角面片存在的精度级别，在飞机总装领域开展柔性管线的虚拟仿真。随着VR技术及装配工艺技术的发展，虚拟仿真技术将能真正地发挥指导生产、解决问题的作用。
微美全息科学院成立于2020年8月，致力于全息AI视觉探索科技未知，以人类愿景为驱动力，开展基础科学和创新性技术研究。全息科学创新中心致力于全息AI视觉探索科技未知, 吸引、集聚、整合全球相关资源和优势力量，推进以科技创新为核心的全面创新，开展基础科学和创新性技术研究。微美全息科学院计划在以下范畴拓展对未来世界的科学研究：
一、全息计算科学：脑机全息计算、量子全息计算、光电全息计算、中微子全息计算、生物全息计算、磁浮全息计算
二、全息通信科学：脑机全息通信、量子全息通信、暗物质全息通信、真空全息通信、光电全息通信、磁浮全息通信
三、微集成科学：脑机微集成、中微子微集成、生物微集成、光电微集成、量子微集成、磁浮微集成
四、全息云科学：脑机全息云、量子全息云、光电全息云
以下是微美全息科学院的部分科学家成员：
李徐周，山东大学计算机科学与技术学院博士，是模式识别与图像处理方向学术带头人。近年来一直从事模式识别与图像处理等领域的研究、开发与应用工作。曾参与国家自然科学基金重点项目和山东省自然科学基金重点项目等多项课题的研究工作。在模式识别、图像处理等方面打下良好的工作基础。近年来已在模式识别、图像处理等方向发表多篇学术论文。
郑玉洁，重庆大学博士学位，研究方向包括产品设计变更管理、VR/AR驱动商业模式创新，曾经主研的科研项目包括山东科技大学菁英计划的《基于VR/AR技术的复杂机械产品设计变更管理研究》、重庆大学汽车协同创新中心重点项目《VR/AR技术在汽车消费行为偏好挖掘中的应用及关键技术》及其他多项国家自然科学基金项目，也曾参与发表多篇期刊论文。
刘湘辉，国防科技大学计算机工程与科学专业博士，研究方向包括成像卫星任务规划、无线传感器网络以及公路工程管理软件应用等。曾参加多项国家自然科学基金，其中，其在无线传感器网络方面的相关研究论文曾被《计算机研究与发展》、《电子与信息学报》、《软件学报》以及若干国际会议录用和发表。
丁凯，华中科技大学电力电子与电力传动专业博士，香港理工大学研究员，研究方向包括电子电力学仿真技术，电动汽车、电池管理系统等，曾主导过多项相关的研究项目。
郭松睿，湖南大学计算机科学技术工学博士，曾在中科院科学计算国家重点实验室 合现实技术研修班 学习混合现实，增强现实技术，参与研发多个重点项目。
江涛，中国科学院沈阳自动化研究所博士，机器人学国家重点实验室，研究方向为微型仿生飞行器的气动/结构设计、控制与系统开发，在2018年获得 ICRCA-2018 机器人 EI 国际会议"最佳论文奖"。
杨军超，重庆邮电大学通信与信息工程学院信息与通信工程专业博士研究生，华盛顿大学电子工程学院联合培养博士，长期研究虚拟现实、5G多媒体传输优化、基于MEC的智能转码优化，以第一作者发表SCI/EI 论文 6 篇，中文核心 1 篇，申请专利 4 项。
李维娜 ，2017 年博士毕业于韩国忠北国立大学的信息和通信工程学院。2017 年 8 月去了新加坡的 Singapore-MIT Alliance for research and technology centre(SMART)从事压缩全息（compressive digital holography）的博士后工作，2018 年 11 月进入清华大学深圳国际研究生院的先进制造学部，在以前工作的基础上把数字全息（digital holography）拓展到机器学习（machinelearning）领域，特别是对 U 型网络（U-net）的改进和应用。在上述研究领域以第一作者发表高水平论文 5 篇，以第二作者发表的高水平论文2 篇。
曲晓峰，香港理工大学博士，现任清华大学深圳研究生院博士后，主要研究生物特征识别、机器视觉、模式识别，与绿米联创合作进行嵌入式产品算法、深度学习应用、图像与视频相关算法以及生物特征识别相关产品的开发。
危昔均，香港理工大学康复治疗科学系博士，南方医科大学深圳医院虚拟现实康复实验室负责人，主要研究基于虚拟现实技术的康复系统搭建及相关临床和基础研究。
单羽，昆士兰科技大学数字媒体研究中心（澳大利亚）博士，研究方向为虚拟现实娱乐产业与亚洲创意经济，曾参加多场虚拟现实产业的国际学术会议并发表主题演讲，发表多篇以“虚拟现实艺术”相关的学术论文，并参与国内多个虚拟现实娱乐产业领域的项目研究。
刘超，新加坡南洋理工大学博士，是深圳市南山区领航人才，深圳市海外高层次人才孔雀计划C类, Molecular Physics 2011年度最佳年轻作者提名，主要研究方向为人工智能预测过渡金属氢化物金属氢键键长与解离能和环式加成反应中量子力学/分子力学反应机理研究，曾参与过流程模拟软件的开发与研究。
张婷，美国西北大学博士后，香港大学博士，海外高层次人才孔雀计划C类，主要从事VR/MR关键技术研发应用和复杂服务系统优化等研究，发表全息专利5项。获全国＂挑战杯＂创业计划大赛 湖北省一等奖，华中科技大学一等奖。
姚卫，湖南大学计算机科学与技术工学博士，主要研究方向：忆阻神经网络及其动力学行为，应用于：图像处理、安全通信。基于VDCCTA具有长时记忆特性的忆阻器电路及其构成的神经网络。参与设计基于忆阻器的神经网络系统模型。基于忆阻器的仿生物神经元和突触连接的微电子电路设计，参与基于忆阻器的神经网络系统模型的设计与动力学行为的分析。
彭华军，博士，毕业于香港科技大学显示技术研究中心（CDR），从事硅基液晶器件、AMOLED材料与器件、TFT器件、显示光学等研发工作。彭博士一直从事信息显示领域前沿工作，涵盖电视图像色彩管理、AMOLED生产制造、微显示芯片设计与制造、投影与近眼显示光学等。彭博士在国际刊物上发表20篇文章。已申请近50项中国发明和美国发明专利，其中10项美国专利和20项中国发明专利获得授权。
陈能军，中国人民大学经济学博士、上海交通大学应用经济学博士后，广东省金融创新研究会副秘书长、广东省国际服务贸易学会理事。主要从事文化科技和产业经济的研究，近年来在版权产业领域研究方面有较好的建树。近年来先后主持、主研“5G时代的数字创意产业：全球价值链重构和中国路径”“深圳加快人工智能产业发展研究”“贸易强国视角下中国版权贸易发展战略研究”，“文化科技融合研究：基于版权交易与金融支持的双重视角”等省部级课题多项，并在《商业研究》《中国流通经济》《中国文化产业评论》等核心期刊发表论文多篇。
潘剑飞，香港理工大学博士学位，现为广东省高校“千百十工程”人才，深圳市海外高层次人才，深圳市高层次人才、深圳大学优秀学者。研究领域主要为自动化+VR 应用、先进数字化制造、 数字制造全息孪生工厂、机器人等。主持多项国家自然科学基金项目、广东省科技计划项目和广东省自然科学基金项目。
杜玙璠，北京交通大学光学工程博士，取得与显示产品相关专利20余项，发表期刊文章3篇，曾打造全球最高分辨率的8K*4K 的VR产品，并提出了采用光场显示技术，解决VR辐辏冲突问题；推出首款国产化率100%的单目AR眼镜，第一次联合提出基于未来空间信息的非接触式交互的操作系统概念（System On Display），在运营商体系进行虚拟现实数字产业合作。
伍朝志，深圳大学光机电工程与应用专业博士，研究方向主要为精密/微细电解加工，发表过多篇期刊论文和会议论文，获得三项相关专利，曾参与国家重点研发计划 、国家自然科学基金重大研究计划重点项目等。
丁茹，中国社会科学院，数量经济研究所的技术经济及管理博士，从事大数据与数字经济、创新发展研究、科研项目管理等领域，主要研究领域为科技服务、产业经济研究、技术创新与创业。任山东省技术市场协会副秘书长，擅长整合创新资源、拓展创新业务和创新产业规划和产业经济，参与虚拟现实技术应用方面的相关创新研究和产业资源对接。
翟振明，美国肯塔基大学博士毕业，为广州大学R立方研究所所长、中山大学博导、人机互联实验室主任，曾撰写英文专著《Get Real: A Philosophical Adventure in Virtual Reality》，该书对虚拟现实和扩展现实发展趋势进行技术迭代预言并得到相关印证，此著作被美国评论者认为“有可能在虚拟现实技术和哲学两个领域都成为里程碑性的著作”。其设计创建中山大学人机互联实验室，其中的“虚拟与现实之间无缝穿越体验系统”已在国内外产生广泛影响。其首创了虚拟现实作为逆向艺术的概念，为虚拟世界的艺术与人文理性做出了突出贡献。
谭昕，副教授，主要研究全息虚拟现实应用设计等战略新兴产业相关课程，是数字媒体艺术设计专业主任，担任国泰安教育技术有限公司名誉顾问；受聘深圳市文化广电旅游体育局文化产业专家库专家；受聘深圳市龙岗区文化创意产业专家库专家；担任重庆青年职院项目化课程重构指导指导专家。曾主编《虚拟现实应用设计》。
陆建勋，深圳大学工学博士，其主要产学研方向为虚拟现实技术应用、智能制造技术及相关设备开发等，在相关领域有着广泛而深刻的研究，并发表过多篇期刊论文，曾参与了国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金项目和深圳市知识创新基础研究等项目。
张鑫，湖南大学计算机科学与技术工学博士，主要研究硬件电路前后仿真，并进行实际的芯片设计工作，有丰富的整套流流程的经验，如集成电路设计、性能仿真、版图设计、版图验证、前后仿真、流片及封装测试等。曾参与过多项国家自然科学基金项目，发表多篇相关学术论文，多次参加相关领域的学术会议。
洪岳，瑞典乌普萨拉大学工程科学学院博士，现为深圳大学全息计算机技术、光电通信技术助理教授。研究方向包括全息计算机科学、半导体光电、自动化与信息工程、通信系统等等。曾参与发表相关研究领域的多篇期刊论文和会议论文。
周福礼，重庆大学博士，为国际学术协会会员。主要研究方向包括VR/AR驱动商业模式创新、大数据商务分析等，发表相关论文30余篇，其中SCI/SSCI检索10余篇，EI期刊12篇，CSSCI 1篇，曾经主持多个省部级项目。
刘伟星，中国科学院大连化学物理研究所博士，研究方向包括AR 衍射光波导的光栅设计，包括效率、显示均匀性、成像质量优化、AR 技术技术路线的探索和调研等。曾发表多篇相关论文及主导多个相关项目，且获已授权专利 8 项。
李庆普，上海理工大学博士，在虚拟现实领域有丰富的研究经验及项目实践经验，曾参与基于计算机触觉技术的虚拟医疗仿真技术研究、汽车模拟驾驶仿真研究、多体感VR硬件研发及VR实训安全教育等多个项目。其已发表多篇相关论文并取得多项专利。
微美全息科学院旨在促进计算机科学和全息、量子计算等相关领域面向实际行业场景和未来世界的前沿研究。建立产研合作平台，促进重大科技创新应用，打造产业、研究中心深度融合的生态圈。微美全息科学院秉承“让有人的地方就有科技”为使命，专注未来世界的全息科学研究，为全球人类科技进步添砖加瓦。
微美全息成立于2015年，纳斯达克股票代码：WiMi。$纳斯达克(.IXIC)$ $微美全息(WIMI)$
微美全息专注于全息云服务，主要聚集在车载AR全息HUD、3D全息脉冲LiDAR、头戴光场全息设备、全息半导体、全息云软件、全息汽车导航、元宇宙全息AR/VR设备、元宇宙全息云软件等专业领域,覆盖从全息车载AR技术、3D全息脉冲LiDAR技术、全息视觉半导体技术、全息软件开发、全息AR虚拟广告技术、全息AR虚拟娱乐技术、全息ARSDK支付、互动全息虚拟通讯、元宇宙全息AR技术，元宇宙虚拟云服务等全息AR技术的多个环节，是一家全息云综合技术方案提供商。
精彩评论