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打印近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、航空、航天等領(lǐng)域。對(duì)船舶工業(yè)而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可在船舶設(shè)計(jì)、建造以及服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)顛覆性變革，大幅提高生產(chǎn)效率。
VR/AR技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(也稱VR技術(shù))是一種高度逼真地模擬人在自然環(huán)境中視、聽(tīng)、動(dòng)等行為的人機(jī)界面技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(也稱AR技術(shù))，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成的新技術(shù)。VR/AR技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種信息技術(shù)，可在多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境，使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)思維。這種模擬具有兩種基本特征，即“沉浸”特征和“交互”特征?！俺两碧卣饕笥?jì)算機(jī)所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境能使“參與者”得到全身心置于該環(huán)境之中的體驗(yàn)；“交互”特性主要是指參與者通過(guò)使用專用設(shè)備實(shí)現(xiàn)用人類自然技能對(duì)虛擬環(huán)境中的實(shí)體進(jìn)行交互考察與操作。因此，VR/AR技術(shù)將從根本上改變?nèi)伺c計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的交互操作方式。
VR/AR技術(shù)對(duì)船舶工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生了變革性影響，其視景仿真可用于產(chǎn)品方案評(píng)審與市場(chǎng)營(yíng)銷，運(yùn)維仿真可用于售后仿真培訓(xùn)及可視化運(yùn)營(yíng)管理，工程仿真可用于工程設(shè)計(jì)評(píng)審、虛擬裝配及人機(jī)供銷分析，系統(tǒng)集成可用于CAVE、CADWALL虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)搭建。目前，VR/AR技術(shù)已經(jīng)逐步在船舶設(shè)計(jì)建造、教育培訓(xùn)、船舶運(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域船開(kāi)始應(yīng)用，如邁爾船廠的船舶虛擬制造計(jì)劃，康士伯的船員培訓(xùn)系統(tǒng)等，大大提高了船舶設(shè)計(jì)制造水平，降低了相關(guān)成本。
對(duì)船舶設(shè)計(jì)的影響
將VR/AR技術(shù)應(yīng)用于船舶研制，可以有效克服目前國(guó)內(nèi)船舶研制中設(shè)計(jì)方法、手段和管理流程存在的問(wèn)題。國(guó)外船廠應(yīng)用VR/AR技術(shù)開(kāi)發(fā)出3D虛擬場(chǎng)景，可以實(shí)時(shí)查看、修改船舶設(shè)計(jì)方案，管理船舶配件，對(duì)國(guó)內(nèi)船廠具有較大借鑒意義。
船舶虛擬設(shè)計(jì)是船舶工程領(lǐng)域中信息化技術(shù)應(yīng)用的較高層次。設(shè)計(jì)師通過(guò)建立船舶產(chǎn)品三維模型來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)中先“造”一艘“完整的船”，設(shè)計(jì)師就可以“進(jìn)入”船體內(nèi)部參觀，科學(xué)分析工人建造是否方便、人在船上是否舒適、進(jìn)行故障模擬等，全方位驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路，供船舶數(shù)字制造過(guò)程進(jìn)行分析校驗(yàn)、評(píng)估評(píng)審、匯報(bào)演示等，讓船東對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)生直觀感受。2017年8月，七一九所建成船舶行業(yè)首個(gè)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(CAVE 系統(tǒng))，該系統(tǒng)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供高分辨率三維立體影像、完全沉浸式體驗(yàn)，為設(shè)計(jì)人員、客戶、建造廠技術(shù)人員提供一個(gè)共同參與設(shè)計(jì)的協(xié)同環(huán)境，在設(shè)計(jì)階段就能夠“走進(jìn)船里”并在船里漫游，對(duì)設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行評(píng)估和檢查，提出改進(jìn)意見(jiàn)。
通過(guò)對(duì)面向船舶全生命周期的虛擬設(shè)計(jì)，可大大提高船舶設(shè)計(jì)的質(zhì)量，減少船舶建造成本，縮短船舶建造周期。邁爾船廠在2004年開(kāi)始實(shí)施船舶虛擬制造計(jì)劃，該項(xiàng)計(jì)劃采用IBM公司開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品全壽命期管理系統(tǒng)，船舶設(shè)計(jì)時(shí)間縮短30%，建造時(shí)間下降20%，產(chǎn)品目錄減少50%，并于2006年在邁爾船廠全面投入使用。
對(duì)船舶建造的影響
虛擬制造可增強(qiáng)制造過(guò)程中各環(huán)節(jié)的決策與控制能力。虛擬制造是實(shí)際制造過(guò)程在信息系統(tǒng)中的映射，即采用計(jì)算機(jī)仿真與VR/AR技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)各專業(yè)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)等造船業(yè)務(wù)的管理與控制，增強(qiáng)制造過(guò)程中各環(huán)節(jié)的決策與控制能力。
在船舶建造過(guò)程中，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠大幅提高生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)船廠廠區(qū)、船舶內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布置、船體建造工藝流程等進(jìn)行逼真的3D可視化虛擬展示，模擬船廠實(shí)際建造情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決在實(shí)船建造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)殼舾涂一體化與設(shè)計(jì)、制造、管理一體化，提高生產(chǎn)效率、提升安全性、減少建造費(fèi)用并縮短船舶建造周期。例如，富士通開(kāi)發(fā)了一款用于管件安裝的AR系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)智能手機(jī)和平板電腦對(duì)安裝管件進(jìn)行拍攝，系統(tǒng)畫(huà)面上可以呈現(xiàn)管件的安裝位置、安裝順序等指導(dǎo)安裝作業(yè)的信息，預(yù)計(jì)應(yīng)用該系統(tǒng)可以將管件安裝效率提高十倍；2016年日本多家船廠與日本船舶技術(shù)研究協(xié)會(huì)合作開(kāi)發(fā)基于VR/AR的現(xiàn)場(chǎng)工人行動(dòng)分析系統(tǒng)和虛擬涂裝作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能分析工人最優(yōu)作業(yè)模型，可縮短約40%的作業(yè)時(shí)間；國(guó)內(nèi)企業(yè)方面，江南造船集團(tuán)有限公司完全通過(guò)數(shù)字化建造的船于2019年3月正式下水，該船先由三維體驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和VR建造模型，提前進(jìn)行評(píng)估，使得這條船的建造效率高了30%，返工率大幅下降了60%以上。
對(duì)船舶運(yùn)營(yíng)維護(hù)的影響
VR/AR技術(shù)還有助于船舶進(jìn)行虛擬航行仿真。通過(guò)VR/AR技術(shù)和衛(wèi)星、CCTV、雷達(dá)、無(wú)人機(jī)等獲取影像的結(jié)合，可以將來(lái)往船舶通航情況更為直觀地展現(xiàn)出來(lái)，及時(shí)為來(lái)往船舶提供海況情況，為航海人員和海事管理人員更好地提供助航建議等，保障船舶通航安全。
國(guó)外船舶航運(yùn)企業(yè)率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于船舶導(dǎo)航、操作、檢修維護(hù)等環(huán)節(jié)，提高了船舶運(yùn)行安全性和管理效率。2017年12月，商船三井等開(kāi)始聯(lián)合開(kāi)發(fā)一款使用AR技術(shù)的船舶操作系統(tǒng)，并于2019年在2艘船上安裝了AR導(dǎo)航系統(tǒng)，提高了船員的決策能力和船舶的安全性，成功完成試驗(yàn)后，決定開(kāi)始在21艘超大型油輪VLCC上安裝AR導(dǎo)航系統(tǒng)；2019年5月，江蘇移動(dòng)南通分公司聯(lián)合招商局郵輪、愛(ài)立信(中國(guó))三家單位開(kāi)始共同探索基于船舶智慧設(shè)計(jì)及維護(hù)的5G+AR輔助生產(chǎn)應(yīng)用，即在5G網(wǎng)絡(luò)下，進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備安裝維護(hù)、快速巡檢、設(shè)備交互等操作。
對(duì)于航道長(zhǎng)度、寬度、深度，錨地位置范圍、碼頭泊位等數(shù)據(jù)信息，也可以通過(guò)VR/AR技術(shù)與測(cè)繪數(shù)據(jù)的結(jié)合，直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成影像，供海事管理者和航海人員直觀感知船舶航行環(huán)境，快速做出操作反應(yīng)。2019年4月，加拿大皇家海軍實(shí)現(xiàn)了基于AR的船舶運(yùn)營(yíng)維護(hù)，專家可以在岸基通過(guò)交互式3D全息圖以及實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)觀測(cè)船舶和航道情況并提供操作建議，為無(wú)人船的運(yùn)營(yíng)奠定基礎(chǔ)。
對(duì)教育培訓(xùn)的影響
VR/AR技術(shù)不僅僅運(yùn)用于船舶制造的設(shè)計(jì)、工藝、虛擬航行，還可以運(yùn)用于開(kāi)發(fā)船舶模擬器，主要應(yīng)用于船員培訓(xùn)，船廠技術(shù)人員培訓(xùn)、機(jī)構(gòu)考核認(rèn)證等。
評(píng)定模擬器仿真環(huán)境中學(xué)員的實(shí)際操縱水平，是船員和船廠工作人員教育培訓(xùn)最核心的任務(wù)。模擬器可以模擬多種船型以及多種海況下的駕駛以及工作過(guò)程，并能夠?qū)Χ嗳藚f(xié)作操船團(tuán)隊(duì)和個(gè)人駕駛過(guò)程合理性進(jìn)行綜合評(píng)分和評(píng)價(jià)。通過(guò)模擬器進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)解決了大型裝備實(shí)驗(yàn)難以開(kāi)展、高危實(shí)驗(yàn)無(wú)法操作、外地實(shí)習(xí)不易操控、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源匱乏等問(wèn)題。
國(guó)外在船舶模擬器中應(yīng)用VR技術(shù)的研究時(shí)間較早，其中著名的有挪威的Kongsberg和KMSS公司、英國(guó)Transas公司和BMT公司等。英國(guó)Transas公司在ERS-4000型輪機(jī)模擬器中加入VR技術(shù)，使其具有機(jī)艙場(chǎng)景漫游及重要設(shè)備的交互功能；美國(guó)諾?？撕＼娫齑瑥S(NNSY)已與亨廷頓英格爾斯工業(yè)公司合作，對(duì)船舶進(jìn)行激光掃描并為諾?？撕＼娫齑瑥S員工進(jìn)行虛擬培訓(xùn)模擬，工程師能夠在不離開(kāi)辦公室的情況下，在船上進(jìn)行船舶檢查和培訓(xùn)。國(guó)內(nèi)大連海事大學(xué)基于VR技術(shù)自主開(kāi)發(fā)了航海、輪機(jī)模擬器，為國(guó)內(nèi)眾多駕駛操控設(shè)備、自動(dòng)舵系統(tǒng)、導(dǎo)航雷達(dá)、綜合船橋系統(tǒng)(IBS)、船舶機(jī)艙等提供了仿真驗(yàn)證平臺(tái)，學(xué)生利用模擬器能夠自行檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，不受時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)條件限制；南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎通過(guò)對(duì)VR噴涂作業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，對(duì)采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)和分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴涂作業(yè)培訓(xùn)者技能狀況、成長(zhǎng)軌跡建檔，并對(duì)整體的噴涂技能水平進(jìn)行分析和評(píng)估的功能。
對(duì)船舶檢驗(yàn)的影響
VR/AR技術(shù)以及數(shù)字孿生技術(shù)在船舶領(lǐng)域的發(fā)展為船舶遠(yuǎn)程檢驗(yàn)提供了可能。船級(jí)社可以通過(guò)數(shù)字手段遠(yuǎn)程獲取船舶設(shè)計(jì)的數(shù)字模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)認(rèn)證，也可以遠(yuǎn)程獲取船舶建造以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，監(jiān)控船舶的建造及運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，簡(jiǎn)化船舶檢驗(yàn)發(fā)證的過(guò)程，提升檢驗(yàn)認(rèn)證效率。
隨著智能化、數(shù)字化技術(shù)在造船工業(yè)的普及應(yīng)用，以VR/AR技術(shù)為代表的新一輪科技革命將推動(dòng)船舶設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、船員培訓(xùn)、船舶檢驗(yàn)等全生命周期的發(fā)展變化。我國(guó)作為造船大國(guó)，應(yīng)該積極關(guān)注VR/AR等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展前景，積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)在造船領(lǐng)域的深度應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)船舶工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。（來(lái)源：中國(guó)船檢）
