虚拟现实齐头并进，这家公司数字化解决方案独具匠心

海克斯康集团是全球数字信息技术解决方案的革新者，同时是一家高科技上市公司，在诸多科技细分市场上排名领先。目前聚焦于 “双智战略”，致力于在“智能制造”和“智慧城市”实现数字化转型。

在汽车行业，有超过95%的汽车在设计制造过程中使用了海克斯康所提供的技术，也就是说几乎在市面上看到的每辆车都有海克斯康的技术在其中。关于车身制造的数字化转型，海克斯康一直参与其中，不断迭代在这方面的解决方案。在汽车行业，现在自动化率很高，各个环节也陆续实现了或者正在实施数字化。在技术层面出现了很多与数字化相关的概念，每个概念后面都代表着小范围的新技术探索和应用，像设备监控、视觉技术、产品全生命周期管理、数字孪生、质量大数据等等这些。这些名词都代表着某种先进技术，同时这些技术也带来了大量数据，这些数据该如何使用才能体现数字化的真正价值？

解决问题，海克斯康数字化与众不同

任何新兴技术都并非为了应用而应用，最终都是要服务于提升效率、降低成本的根本目标。在汽车行业生产数字化进程中，技术应用的终极目标是利用数字工厂将传统汽车生产制造方式转变为柔性化生产方式，以便快速响应市场需求，同时降低为了满足这一需求而产生的一切不确定性和风险，为下一阶段的智能化打下良好的基础。

在海克斯康对于智能工厂的规划图中，自上而下分了三个层级：战略层、业务层和资产层。实现战略层面的数字化应用，比如数据的治理、数据的决策等等，需要足够的数据，这些数据来源于哪里？来源于业务层的数字化，这里面包含了产品数字化和运营数字化。产品数字化主要是设计数字化、工艺数字化，应该说这两部分数字化程度很高了，但有一些细节还是要进一步研究的，比如数据互联互通问题。

而运营数字化，是当前的重点突破的方向，这里面的重点是数字世界和物理世界形的交互，虚拟世界驱动于物理世界，而物理世界的数据反馈到虚拟世界。

而支撑产品数字化和运营数字化的更基础的数据来源于生产现场，这就需要物联。把设备、资源、规则等全部以数字的形式表达出来，也就是实现从物理层面到数据层面的转化。通过资产层面的数字化，向上传递到业务层，处理之后再到战略层，最终实现决策的透明化和快速化。这是海克斯康构建的智能工厂的数字化整体解决方案。

数字化很可靠

产品数字化包含了从设计、工艺仿真、全生命周期的产品管理等等，这些在中国的一些企业以及部分实现，或者全部实现，各个厂家采用技术可能不一样，但路径却是一样。

关于产品数字化，应该说启动的比较早，规模在国内也铺开的比较大。现在重点做的是运营的数字化，关于运营数字化起步比产品数字化要晚，实现起来需要一个过程。目前各个工厂都已经开始实施运营数字化转型，最典型的例子，厂区物流开始大规模的采用AGV运输，相比较传统的物流方式，AGV可以直接进行指令控制，与相应的管理平台直接联通。

数字化带来的典型改变就是决策时不再依赖经验，而是透明的数据。当把所有生产环节进行数字化和量化，那么做出的决策才是透明的、敏捷的。

通过数据互联，实现了设备数据的透明，实时监控设备的运行状态，根据故障数据、物流效率等等实行预警，及时调整工艺参数和生产决策，做到数字驱动，可以尽量的减少产品的缺陷，这是数字化对生产方式的变革。

通过在仓储、制造、物流、质检等各个生产环节产生的数据进行有效连接，分析及使用，改变原有的生产方式，用数据的透明及快速传输能力打造数字工厂，解决汽车生产环节已有或未被发现的问题，从而精准管控生产效率，预防潜在风险。生产数字化利用数字化技术，解决现生产方式转变所带来的潜在风险，将生产流程、工艺中的不确定性降到最低，提升了决策的效率和准确性。

当前在汽车厂里，ERP、仿真模拟、自动化、数据标准、管理、文档电子化等等，各种各样的数字化工具已经充满了汽车制造的过程。从中可以看到各个厂家对数字化的迫切。但是各个系统太多了，从而导致了各个系统之间产生了大量的缝隙，只有消除这些缝隙整个数据链才能打通，才能发挥数据更大的价值。

数字化之后能进行什么？

通过前面的数字化工具，做到了数字化，那么之后可以做什么？首先要做到的是打通各个数据孤岛，把数据联通，这样的数据可以发挥更大的价值，比如把虚拟装配与物流数据联通，可以直接进行零件的选配。

下一步是把数据进行分析处理之后，用于驱动制造过程，比如后面我们要讲的数字化装配，就是把通过仿真求解的最佳装配参数传递给装配工位，驱动设备进行零件的装配。

有了这些数据，是很多的决策变得更加合理，决策做出的速度也更加迅捷。

一旦实现了数字化生产，每一个决策都是基于数据做出的，每一个动作都是自动化的，最终实现真正的柔性化生产，满足用户的客制化需求，同时风险可控。

前面是我们对于汽车行业生产数字化的一些思考，海克斯康也在数字化转型，去年海克斯康迁入了海克斯康产业园，这个园区从设计开始，践行着数字化，采用了大量的海克斯康智慧城市的技术，而整个运维系统，使用了智能制造的技术，开发了统一的运营平台，打通了各个数据平台。

海克斯康测量设备的生产制造是个典型的离散型的制造，在这个过程中，海克斯康已经通过自己的技术打造了数字化制造的平台，实现根据用户的需求来定制。

便利--虚拟现实协同切实改变应用场景

如图是海克斯康白车身产品生命全周期的独特解决方案，在这里面展示了从设计到制造到后期的维护的全生命周期，海克斯康最新的进展是什么？

关于虚拟装配、数字化装配和智能装配。虚拟装配，采用数字化技术，把采集的零件实物的点云，参照实际的装配工艺参数和约束条件，把相关零件进行装配，验证零件的可装配性。要特别注意的是约束条件和实际工艺参数，我们说的虚拟装配不是把几个零件的点云拼接在一起，而是要真正模拟实际装配过程，也就是是点云要和实物一样进行受力变形。

数字化装配，是在虚拟装配的基础上更进一步，对虚拟装配进行求解，得到零件的最佳装配姿态，同时驱动装配机器人进行零件状态的调整。

智能装配，要更进一步，根据主零件的数据，从零件库中选择最佳匹配零件，通知物流把这个零件运输到装配工位，也就是零件选配。

关于虚拟现实的协同，海克斯康重点解决了两个问题：虚拟和现实交互的问题，减少虚拟过程与现实的差异。

交互，是双向的，一方面虚拟的数据驱动后续工序，另一方面后续的工序需要反馈实际状态和参数给虚拟平台，用于优化算法。同时要有统一的数据标准,这样才能更顺畅的沟通。

虚拟过程如何更接近于真实？参数一定要全面，约束条件、工艺参数、零件数据、系统系数，这里面包含环境的系数等等都要准确。零件的数据需要有绝对精度。算法要多次验证和迭代，一定要多次实验，才能得到更适合于这个环节的一个算法。

基于数字孪生技术的车身装配方案

通过对零件的在线数字化，获取实物点云。然后在虚拟装配平台上进行零件的装配，得到门盖的最佳安装姿态，之后传递给装配工位，驱动装配工位完成零件的装配。

在这个方案中，数据是最主要的，所有的环节都是为数据服务的，对数据进行一定的处理，最终让数据变得越来越有价值。

具体来说，在车身数字化阶段主要是负责车身及分总车数据的采集，通过拍照设备及时的把车身零件进行数字化，得到零件的点云。对于点云数据，需要有绝对精度，不能采用传统的在线监控的数据，也就是说需要采用据对测量的设备进行数据采集（如海克斯康的OptiumHP®）。同时把采集到的数据进行一定的过滤处理，不是所有的数据都会带入到后续过程中，那样的话数据量太大，不利于后续的处理。数据处理好之后，通过MES向下一个节点发送，也就是说会传送到虚拟装配平台。

在虚拟装配平台上面对接收到的数据进行预处理，得到可以用于仿真的数据。同时会把约束条件、工艺条件以及相应的CAD信息、系统系数统一到一个数学模型里面进行运算，并通过AI技术迭代求解。最终得到一个可用于装配工位的零件姿态数据。

这组数据通过MES传递给装配工位，装配工位在得到这一组数据之后会根据这组数据进行装配姿态的调整。当零件到达后，装配工位开始启动装配工作。

不断突破，海克斯康进行中

在未来的数字化工厂中，需要实现的柔性生产，可以随时切换生产的产品类型。作为执行端的机器人就需要得到非常准确的指令，但柔性化又意味着不确定性增加。海克斯康开发的这套系统方案通过虚拟装配平台进行模拟，规避风险，给出最终的执行指令。

这套系统的虚拟的数据更接近于真实，最终计算出来的结果可以直接来驱动装配。仿真数据用于驱动装配工位的动作，装配工位的实际数据回传虚拟装配平台，用来修正参数。同时采用了仿真平台，把约束条件、供应参数、经验系数等等都考虑进去，使用点云作为仿真数据。

这套平台为以后真正的柔性化生产奠定了基础，可以通过虚拟装配，对装配过程进行仿真，减少装配过程中的不确定性，这个就是核心价值。

这套平台，海克斯康在继续迭代。目前在规划以下方面进行研究：

1，当前的生产现场采用了大量的视觉技术，其中就有用于装配过程中的视觉引导技术，视觉技术作为一种数据的反馈，可以及时修正参数，增加视觉技术，可以监测到车身当前的状态。这个参数可以用于修正车身的整体点云数据，使其更接近于当前位置的状态。需要特别说明的是视觉引导的数据无法直接用于虚拟装配，一是其数据仅仅是一个相对位置，同时数据量无法达到虚拟装配需要的量级。

2，虚拟装配的必要性。应该说汽车行业自动化水平是很高的，但数字化转型的目的就是实现柔性化，满足客户的定制化需求。当前的自动化和柔性化不是很协调，甚至说在一定程度上是相互矛盾的，而我们需要通过数字化转型解决这一矛盾。具体到这个案例上来说，后续的实物装配工位，实际上是可以随时调整装配的姿态，而这种可变的姿态又是一个装配的不确定性，虚拟装配的作用是可以尽早的发现装配过程中的不确定性，并进行规避，最终给出确定的指令，这是数字化里非常重要的意义。

3，更进一步的智能化。在做好数字化装配之后，如何做到更智能化？比如智能选配。一方面，从当前的制造来看，车身零件的误差控制都不错，装配也比较顺利，也就是说零件的通用性比较好，似乎没有选配的必要性。另一方面，我们可以看到，选配可以进一步减少装配的不确定性，可以让后续的调整工序变得更短。所以这也是可能的方向。

正如前面所说，数字化转型的根本目的是将传统汽车生产制造方式转变为柔性化生产方式，以便快速响应市场需求，同时降低为了满足这一需求而产生的一切不确定性和风险。这套数字化装配平台，仅仅是海克斯康与汽车行业的用户一起推动数字化转型的一个案例，连通虚拟世界和物理世界，用数据驱动制造。

关键词： 虚拟现实