Raise3D打印案例：波音公司的可視化和沉浸式發(fā)展中心

來源：Raise3D

隨著Covid-19持續(xù)爆發(fā)，旅游業(yè)尚未收到復(fù)蘇信號，全球各大航空公司深受負(fù)面影響，波音公司正在應(yīng)用更多的先進(jìn)技術(shù)，通過VR虛擬模擬幫助訓(xùn)練飛行員，減少實(shí)際執(zhí)飛的飛行培訓(xùn)時(shí)間。同時(shí)應(yīng)用AR-Augmented Reality (增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)) 技術(shù)來幫助航空工程師；并使用3D打印技術(shù)快速迭代飛機(jī)零件。

VR-Virtue Reality（虛擬現(xiàn)實(shí)）可以讓使用者沉浸在可交互的世界中，同時(shí)消除我們在危險(xiǎn)的現(xiàn)實(shí)世界中可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。如今，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了單純的游戲范疇，已經(jīng)被制造業(yè)、航空業(yè)、醫(yī)療應(yīng)急服務(wù)等高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)所接受。

圖 | 索尼的PS VR 已經(jīng)被市場廣泛接受，占有率很高

近日，美國俄克拉荷馬州州長視察波音公司的高級可視化和沉浸式發(fā)展中心；這家位于美國俄克拉荷馬州的航天巨頭十分重視3D打印技術(shù)和AR/VR等尖端數(shù)字技術(shù)在航空業(yè)的應(yīng)用。

圖 | 飛機(jī)維護(hù)副總監(jiān)NancyAnderson帶領(lǐng)俄州州長Kevin Stitt參觀

在技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，波音公司已經(jīng)開始運(yùn)用最新數(shù)字技術(shù)。通過3D掃描和3D打印，波音研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠直接制作飛機(jī)中的數(shù)百萬個零部件，迭代飛機(jī)組件；利用沉浸式體驗(yàn)的AR模擬器，波音公司可以測量飛行升力和阻力并實(shí)現(xiàn)飛行序列的完全模擬，即使在飛行員未升空的情況下，飛行員也能熟悉飛機(jī)操作。

VR技術(shù)幫助訓(xùn)練飛行員
飛行員的訓(xùn)練一直是一項(xiàng)重大課題；以美國空軍為例，要想成為一名合格的飛行員至少要完成2000小時(shí)以上的飛行訓(xùn)練，而每小時(shí)的綜合飛行成本就超過4萬美元，而在中國，如果想要成為一名合格的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員，至少要在航校接受長達(dá)8年的訓(xùn)練，然后只有完成超過上千小時(shí)的飛行任務(wù)的飛行員才有資格駕駛?cè)�代機(jī)，另外像殲-20這樣的重型隱形戰(zhàn)斗機(jī)，其對飛行員的要求會更高，相應(yīng)訓(xùn)練成本就會更大。所以有專家指出，中國戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的訓(xùn)練成本至少約為1億人民幣。

波音公司的傳統(tǒng)飛機(jī)模擬艙

傳統(tǒng)上，飛行員對技能和信心要求很高，飛行經(jīng)驗(yàn)只能在空中獲得。AR和VR徹底改變了這一培訓(xùn)過程。而使用VR技術(shù)，可以與傳統(tǒng)飛行模擬艙結(jié)合，將人的經(jīng)驗(yàn)與大數(shù)據(jù)分析融合一體。

可以肯定的是，各國空軍和各大航空公司都對飛行員實(shí)施了VR培訓(xùn)，以減少培訓(xùn)時(shí)間，增加知識保留率，提高安全標(biāo)準(zhǔn)——與此同時(shí)減少了潛在的飛行事故-損失高達(dá)數(shù)百萬美元的風(fēng)險(xiǎn)。

圖 | 美國空軍使用VR訓(xùn)練飛行員

圖 | 員工展示VR模擬飛機(jī)內(nèi)部環(huán)境和維護(hù)操作

利用沉浸式體驗(yàn)的VR模擬器，波音公司可以測量飛行升力和阻力并實(shí)現(xiàn)飛行序列的完全模擬，即使在飛行員未升空的情況下，飛行員也能熟悉飛機(jī)操作。

使用VR/AR培訓(xùn)飛機(jī)工程師
航空航天器制造過程的精密性，要求工程師必須經(jīng)過高強(qiáng)度的培訓(xùn)，甚至連一些老師傅也不得不隨時(shí)查閱資料。將AR技術(shù)結(jié)合入培訓(xùn)行業(yè)，已經(jīng)不是什么新鮮事。航空航天行業(yè)中，傳統(tǒng)的操作指南以文檔式的方式來靜態(tài)表示，常為2D圖形。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在生產(chǎn)現(xiàn)場，建立增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的三維操作指南，把“虛”與“實(shí)”有效結(jié)合，把操作要求與立體畫面疊加到加工實(shí)體上，使操作人增強(qiáng)對虛擬信息的理解，并將虛擬信息現(xiàn)實(shí)化，給操作人直觀而真實(shí)的體驗(yàn)，提升其認(rèn)知力，更有效地發(fā)揮操作指南的作用。

圖 | 波音公司開發(fā)的AR布線試驗(yàn)系統(tǒng)

航空工程師在噴氣式發(fā)動機(jī)和渦輪機(jī)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)上的學(xué)習(xí)實(shí)踐不多。采購飛機(jī)的部件用于培訓(xùn)是費(fèi)時(shí)的，而且成本非常高。大多數(shù)學(xué)員只有在飛機(jī)送來維修時(shí)才有機(jī)會上手。而隨著飛機(jī)技術(shù)變得越來越可靠--實(shí)習(xí)工程師的機(jī)會變得越來越少。VR彌補(bǔ)了實(shí)習(xí)工程師和他們使用飛機(jī)進(jìn)行物理訓(xùn)練之間的鴻溝。

圖 | 航空工程師接受TrentXWB航空發(fā)動機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)

在波音公司的高級可視化和沉浸式發(fā)展中心的反饋表明，VR技術(shù)是一種可行的學(xué)習(xí)工具，不僅可以提高航空維修的效率和熟練程度，還可以直接并以成本效益高的方式使飛行員和工程師更有信心、更有能力；從而使飛機(jī)更安全、更可靠。

3D打印快速迭代飛機(jī)部件
除VR/AR的大量使用外，波音公司還運(yùn)用3D掃描和3D打印技術(shù)對飛機(jī)部件進(jìn)行進(jìn)一步研究和測試，并能夠短時(shí)間內(nèi)做出相應(yīng)的技術(shù)調(diào)整。通過3D掃描和3D打印，波音研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠直接制作飛機(jī)中的數(shù)百萬個零部件，迭代飛機(jī)組件在迭代部件最終運(yùn)用前，波音團(tuán)隊(duì)能夠不斷對其進(jìn)行測試和改進(jìn)，而Raise3D Pro2打印機(jī)把這些數(shù)字設(shè)計(jì)打印成實(shí)體組件。

Artec Space Spider掃描儀可以在幾分鐘內(nèi)捕獲三維圖像，然后用Pro2系列打印機(jī)打印

圖 | 波音公司高級可視化和沉浸式發(fā)展中心員工向俄克拉荷馬州州長Kevin Stitt介紹Pro2 系列打印機(jī)

航空航天行業(yè)之所以是3D打印技術(shù)的重要舞臺，原因有以下兩點(diǎn)：第一，航空航天設(shè)備往往具有“多品種、小批量”的特點(diǎn)，尤其在試制階段許多零部件都需要單件定制，若采取傳統(tǒng)工藝則周期長、成本高，3D打印則可以實(shí)現(xiàn)低成本快速成型。

第二，“減重”是航天器迭代的永恒主題，出于減重與強(qiáng)度要求，航空航天設(shè)備中復(fù)雜結(jié)構(gòu)件或大型異構(gòu)件的比例越來越高，若采用傳統(tǒng)的“鍛造+機(jī)加工”方式，則所需工序繁多、工藝復(fù)雜，甚至根本無法直接加工，而3D打印在復(fù)雜部件加工方面具有明顯優(yōu)勢。

圖 | 2017年中國商飛購買的功勛機(jī)型N2 Plus

不僅在美國，在國內(nèi)，3D打印也已經(jīng)進(jìn)入民航領(lǐng)域，中國商飛也購買了N2 Plus 3D打印機(jī)，協(xié)助進(jìn)行零件研發(fā)/迭代工作。3D打印和VR/AR技術(shù)不斷推動著航空航天業(yè)的發(fā)展；無論是波音、空客還是中國商飛，作為航空業(yè)巨頭，在如今疫情大環(huán)境下，他們都會不斷應(yīng)用最新數(shù)字技術(shù)，以備戰(zhàn)未來市場復(fù)蘇后的競爭，推進(jìn)航空制造業(yè)的發(fā)展。