AR/VR和3D打印 探访波音公司的可视化和沉浸式发展中心

随着Covid-19持续爆发，旅游业尚未收到复苏信号，全球各大航空公司深受负面影响，波音公司正在应用更多的先进技术，通过VR虚拟模拟帮助训练飞行员，减少实际执飞的飞行培训时间。同时应用AR-Augmented Reality (增强现实) 技术来帮助航空工程师；并使用3D打印技术快速迭代飞机零件。

VR-Virtue Reality（虚拟现实）可以让使用者沉浸在可交互的世界中，同时消除我们在危险的现实世界中可能面临的风险。如今，虚拟现实已经远远超越了单纯的游戏范畴，已经被制造业、航空业、医疗应急服务等高风险行业所接受。

图 | 索尼的PS VR 已经被市场广泛接受，占有率很高

近日，美国俄克拉荷马州州长视察波音公司的高级可视化和沉浸式发展中心；这家位于美国俄克拉荷马州的航天巨头十分重视3D打印技术和AR/VR等尖端数字技术在航空业的应用。

图 | 飞机维护副总监NancyAnderson带领俄州州长Kevin Stitt参观

在技术快速发展的时代，波音公司已经开始运用最新数字技术。通过3D扫描和3D打印，波音研发团队能够直接制作飞机中的数百万个零部件，迭代飞机组件；利用沉浸式体验的AR模拟器，波音公司可以测量飞行升力和阻力并实现飞行序列的完全模拟，即使在飞行员未升空的情况下，飞行员也能熟悉飞机操作。

VR技术帮助训练飞行员

飞行员的训练一直是一项重大课题；以美国空军为例，要想成为一名合格的飞行员至少要完成2000小时以上的飞行训练，而每小时的综合飞行成本就超过4万美元，而在中国，如果想要成为一名合格的战斗机飞行员，至少要在航校接受长达8年的训练，然后只有完成超过上千小时的飞行任务的飞行员才有资格驾驶三代机，另外像歼-20这样的重型隐形战斗机，其对飞行员的要求会更高，相应训练成本就会更大。所以有专家指出，中国战斗机飞行员的训练成本至少约为1亿人民币。

波音公司的传统飞机模拟舱

传统上，飞行员对技能和信心要求很高，飞行经验只能在空中获得。AR和VR彻底改变了这一培训过程。而使用VR技术，可以与传统飞行模拟舱结合，将人的经验与大数据分析融合一体。

可以肯定的是，各国空军和各大航空公司都对飞行员实施了VR培训，以减少培训时间，增加知识保留率，提高安全标准——与此同时减少了潜在的飞行事故-损失高达数百万美元的风险。

图 | 美国空军使用VR训练飞行员

图 | 员工展示VR模拟飞机内部环境和维护操作

利用沉浸式体验的VR模拟器，波音公司可以测量飞行升力和阻力并实现飞行序列的完全模拟，即使在飞行员未升空的情况下，飞行员也能熟悉飞机操作。

使用VR/AR培训飞机工程师

航空航天器制造过程的精密性，要求工程师必须经过高强度的培训，甚至连一些老师傅也不得不随时查阅资料。将AR技术结合入培训行业，已经不是什么新鲜事。航空航天行业中，传统的操作指南以文档式的方式来静态表示，常为2D图形。而增强现实技术，在生产现场，建立增强现实的三维操作指南，把“虚”与“实”有效结合，把操作要求与立体画面叠加到加工实体上，使操作人增强对虚拟信息的理解，并将虚拟信息现实化，给操作人直观而真实的体验，提升其认知力，更有效地发挥操作指南的作用。

图 | 波音公司开发的AR布线试验系统

航空工程师在喷气式发动机和涡轮机等复杂结构上的学习实践不多。采购飞机的部件用于培训是费时的，而且成本非常高。大多数学员只有在飞机送来维修时才有机会上手。而随着飞机技术变得越来越可靠--实习工程师的机会变得越来越少。VR弥补了实习工程师和他们使用飞机进行物理训练之间的鸿沟。

图 | 航空工程师接受TrentXWB航空发动机的虚拟现实培训

在波音公司的高级可视化和沉浸式发展中心的反馈表明，VR技术是一种可行的学习工具，不仅可以提高航空维修的效率和熟练程度，还可以直接并以成本效益高的方式使飞行员和工程师更有信心、更有能力；从而使飞机更安全、更可靠。

3D打印快速迭代飞机部件

除VR/AR的大量使用外，波音公司还运用3D扫描和3D打印技术对飞机部件进行进一步研究和测试，并能够短时间内做出相应的技术调整。通过3D扫描和3D打印，波音研发团队能够直接制作飞机中的数百万个零部件，迭代飞机组件在迭代部件最终运用前，波音团队能够不断对其进行测试和改进，而Raise3D Pro2打印机把这些数字设计打印成实体组件。

Artec Space Spider扫描仪可以在几分钟内捕获三维图像，然后用Pro2系列打印机打印

图 | 波音公司高级可视化和沉浸式发展中心员工向俄克拉荷马州州长Kevin Stitt介绍Pro2 系列打印机

航空航天行业之所以是3D打印技术的重要舞台，原因有以下两点：第一，航空航天设备往往具有“多品种、小批量”的特点，尤其在试制阶段许多零部件都需要单件定制，若采取传统工艺则周期长、成本高，3D打印则可以实现低成本快速成型。

第二，“减重”是航天器迭代的永恒主题，出于减重与强度要求，航空航天设备中复杂结构件或大型异构件的比例越来越高，若采用传统的“锻造+机加工”方式，则所需工序繁多、工艺复杂，甚至根本无法直接加工，而3D打印在复杂部件加工方面具有明显优势。

图 | 2017年中国商飞购买的功勋机型N2 Plus

不仅在美国，在国内，3D打印也已经进入民航领域，中国商飞也购买了N2 Plus 3D打印机，协助进行零件研发/迭代工作。3D打印和VR/AR技术不断推动着航空航天业的发展；无论是波音、空客还是中国商飞，作为航空业巨头，在如今疫情大环境下，他们都会不断应用最新数字技术，以备战未来市场复苏后的竞争，推进航空制造业的发展。