01 工业VR是工业仿真的重要延伸，相比工业仿真更具沉浸感和交互性
工业虚拟现实(VR)与工业仿真两个概念具有区别又有联系，工业VR是工业仿真的有效延伸和扩展，是仿真系统的沉浸式、交互式应用载体。工业VR主要包括仿真图像引擎、虚拟显示系统和虚拟交互系统三个组成部分。其中，仿真图像引擎涉及三维CAD、三维CAE和其他三维展示;虚拟显示系统涉及投影显示系统和桌面显示系统;虚拟交互系统涉及位置跟踪、动作捕捉和虚拟头盔。工业虚拟仿真系统则主要由仿真图像引擎和桌面虚拟显示系统构成，与工业VR相比缺少虚拟交互系统和投影虚拟显示系统。目前，投影显示是工业VR的主流显示模式，CADWall、HoloSpace、CAVE系统等，涉及空间搭建和多类型设备组合，配合虚拟头盔能够获得超高清、立体式、沉浸式的使用体验。
02 工业VR应用领域正由设计、分析向维修、培训拓展，2020年后规模有望迎来跨越式增长
工业VR在工业仿真的基础上发展而来，因更好的沉浸感和交互性，推动应用领域向产品拆装、设备远程维修、虚拟实景培训领域拓展。工业仿真的代表软件是CAD和CAE，均为计算机辅助工程设计系统，在制造领域已有十分广泛的应用基础。工业VR应用作为仿真系统的延续，相对仿真系统有更为明确的应用重点。工业设计中，工业VR提供数字化物理样机解决方案，可实现跨部门跨地域可视化协同和异构CAD集成;产品分析中，工业VR利用动作捕捉、力反馈和虚拟显示建立多模式虚拟分析环境。不仅如此，虚拟设备维修和虚拟实景培训作为工业VR新兴的应用形式，近年在航空航天、工程机械等领域已有应用实践，更有企业专注于此探索可持续的商业模式，工业VR整体应用蓄势待发。
工业VR概念有广义和狭义之分，广义的工业VR包含工业仿真，狭义的工业VR是具有交互属性的工业仿真，普通桌面式工业仿真不含其中，本文第三章中所指工业VR是广义概念。工业VR的发展与虚拟现实技术息息相关，近年来虚拟现实产业迎来爆发式增长，受到全球科技界和产业界的高度关注，被誉为下一代人类计算平台。作为VR技术在工业领域的深化应用，工业VR的活跃度也日益提高，不少创新型公司和创业团队投身其中，产业发展将迎来新一波热潮。但受制于VR技术本身的成熟度，工业VR的跨越式发展可能在2020年后启动，预计2025年全球工业VR市场规模将达到420亿美元，覆盖工业制造、管理、服务的全流程，成为智能制造发展的重要平台和基础支撑。
03 工业VR中仿真引擎算法、三维加工、可视化管理、交互设备领域正涌现新兴增长点
(一)新型核心算法突破将加速工业VR推广普及
实现从仿真到执行全过程的新型底层算法取得突破，高速度、小体积、低功耗特点将有效扩展工业VR应用范围。工业仿真设计是工业VR的重要应用，基于计算机群的并行计算、网格计算，基于云和互联网的集成化协同对仿真软件的计算能力提出了更高的要求。不仅如此，仿真模型下工业元素描述更为精确、细致，软件与工业实际应用结合更紧密，仿真模型实现持续动态优化，要求软件设备的底层算法能够适应3D环境下运算机制。目前，新型底层算法已有技术团队重点攻克，能够实现更快运算速度，更小体积和更低能耗。基于新型加速算法的运算功耗可控制在10w以内，比ARM快23倍，并采用Realtime和X86的双操作系统，实现从仿真到执行，再到代码生成的全流程。核心算法引擎进入产业化推广阶段，将从军工领域率先切入，并进一步扩展工业VR领域应用。
(二)基于行业特性的工业三维加工工艺已开始部署
具有典型行业属性的三维加工装配工艺系统已有实践，非结构化、动态性、开放性特点值得高度关注。三维加工装配工艺系统是工业VR的重要应用方向，目前市场主流三维机加工装配工艺以CAM为主，但通用CAM平台技术在特征加工切削过程操作非常复杂，工艺规划效率受到严重影响。针对不同行业特点的半定制化三维加工系统已经出现，能够形成相应的工艺知识模型和高可控性、专业化系统。针对装配信息建立信息模型，使CAD中不同类别特征信息进行解码和重构，最终形成轻量化的分析模型。在此基础上，系统采用面向对象和组件式的开发方法，通过对系统功能构件建模、封装与部署，实现系统的快速扩展与重构。
(三)面向智能工厂的可视化全流程管理正在兴起
面向智能工厂的可视化运营管理已涉及设备、生产、质量、服务的企业管理全流程，是对传统管理模式的重要颠覆。虚拟工厂的概念提出已有一段时间，以往虚拟工厂管理以简单的工位、设备、车间、厂房漫游为主，进行基本位置和数据的可视化浏览，并未深入企业的核心运营管理。随着云计算、大数据、虚拟现实技术的不断进步，面向智能工厂的可视化运营管理逐步囊括设备管理、生产管理、质量管理、服务管理、物流管理等企业管理各个方面。结合数据采集系统、制造执行系统和虚拟仿真系统，使3D可视化技术全景展示企业设备运行、生产计划、生产调度和过程监控，实现生产设备和生产过程的实时监控与报警;参与生产质量控制，确保产品质量和稳定性;注重设备结构、工作原理、精准操作和智能决策，提供可视化远程服务平台。
(四)沉浸式交互设备和系统面临重要革新
工业VR交互设备由头盔向眼镜演变，软硬融合的交互体验将获极大提升。在软件领域，不少企业进行了工业VR软件系统的尝试，相关产品层出不穷。但在软硬融合领域，与工业VR软件匹配的硬件交互设备相对发展较慢，在游戏领域使用的VR头盔在工业设计、维护方面仍有较大局限性。已有企业在此领域开展探索和实践，由图形工作站、红外交互操作外设以及立体显示器构成的沉浸式虚拟现实交互可视化系统解决方案已经出现，可提供三维数据模型向虚拟现实样机模型的快速转换和部署。作为交互设备的虚拟现实头盔已演变为重量更轻、体积更小的交互式眼镜，极大提升了设计、交互过程的使用体验，丰富了应用场景和使用范围。
综上所述，全息智慧观点如下：
第一，工业虚拟现实(VR)与工业仿真两个概念具有区别又有联系，工业VR是工业仿真的有效延伸和扩展，是仿真系统的沉浸式、交互式应用载体。工业VR主要由仿真图像引擎、虚拟显示系统和虚拟交互系统三个部分构成。
第二，工业VR由基于三维CAD/CAE的产品设计分析向设备远程维修、虚拟实景培训领域拓展，创新商业模式已有探索。全行业跨越式发展可能在2020年后启动，预计2025年全球工业VR市场将达到420亿美元。
第三，工业VR领域新兴增长点不断涌现，实现从仿真到执行全过程的新型底层算法取得突破，具有典型行业属性的三维加工装配工艺系统已有实践，面向智能工厂的可视化全流程运营管理颠覆传统管理模式，工业VR交互设备由头盔向桌面级眼镜演变。
来源：全息智慧产业研究院原创作品
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