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1、科技转型期的船舶配套产品技术发展方向 直面重大的技术挑战与创新崛起,陈映秋 2017年8月6日、南京,内 容,一、人工智能、人机交互技术腾飞 的时代已经到来 二、虚拟现实（VR）个人定制基本框架 三、虚拟现实（VR）设计技术应用的深度讨论 四、工信部2017指南的内涵,一、人工智能、人机交互技术腾飞的时代已经到来处在一个更深层次科学技术发展的时代,自2000年以来，信息/数据技术几乎每5年就创新一次，互联网，3D打印、云计算、大数据、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR） 虚拟现实：人机交互的革命：特性增强（3I） 沉浸性（Immersive）（头盔显示器、数据手套、数据衣）；
2、交互性（Interaction）（键盘、鼠标与头盔、数据手套等传感设备）； 想象性（Imagination）（通过虚拟现实中的视、听、触、嗅、动觉的传感及反应装置）的交集,未来的人工智能（AI）将成为人们生活中的一部分，键盘与遥控器成为历史。目前的人工智能仅能做到“弱”人工智能（这是一个长期的时间阶段。,试验验证型设计转为试验驱动型设计,传统的工业大循环研制模式制造模式 “设计制造实物试验交付” 被“设庄计仿真虚拟实验制造实物试验交付” 的嵌套循环研制模式替代,CPS,VR Cloud,Marketing,Small Data,搜集、线索、连接、关联、 因果、补偿、理念,个人能力,未来的企业发
3、展引领技术路线 可以预言：虚拟现实技术与人工智能技术将为船舶工业界开启与引领“超现实之门”的技术变革，其必经技术路线将是：,“传统行业+人工智能+虚拟现实”,VR技术定义,狭义 具有人机交互特征的人机界面（自然人机界面），用户从视觉、听觉、手脚感受虚拟环境的反馈使人具有身临其境的感觉 广义 对虚拟想象（三维可视化）/真实三维世界的模拟，用户通过接受和相应模拟的各种感官刺激，与其中虚拟的人及事物进行交互使人具有身临其境的感觉,VR技术发展的三个主要方面 实物虚化 虚物实化 高性能计算处理技术 VR技术的核心 环境建模 人机交互 立体显示与传感器 应用系统开发 系统集成,VR系统分类,沉浸式（Im
4、mersive） 特点：实时性、沉浸感、软硬件支持、并行处理、系统整合 类型：头盔式、洞穴（Cave）式、座舱式、投影式、远程式 增强（AR）式 桌面式（Desktop） 特点：利用PC和低级工作站进行仿真，交互工具为鼠标、追踪球、力矩球等（成本低但缺乏真实的现实体验） 分布式（Distributed） 特点：共享、伪实体的行为真实感、实时交互、用户相互通信、用户对环境对象进行自然操作 需要考虑：宽带/软硬件的传输延迟、影响系统可扩充、通信的可靠性,About VR in English,Virtual reality (VR) typically refers to computer tec
5、hnologies that use software to generate realistic images, sounds and other sensations that replicate a real environment (or create an imaginary setting), and simulate a users physical presence in this environment, by enabling the user to interact with this space and any objects depicted therein usin
6、g specialized display screens or projectors and other devices. a realistic and immersive simulation of a three-dimensional environment, created using interactive software and hardware, and experienced or controlled by movement of the body immersive, interactive experience generated by a computer,计算机
7、系统硬件发展为虚拟现实的发展奠定了基础,The use of 3D computer-aided design (CAD) data was limited by 2D monitors and paper printouts until the mid-to-late 1990s, when video projectors, 3D tracking, and computer technology enabled a renaissance in the use 3D CAD data in virtual reality environments. With the use of act
8、ive shutter glasses and multi-surface projection units immersive engineering was made possible by companies like VRcom and IC.IDO. Virtual reality has been used in automotive, aerospace, and ground transportation original equipment manufacturers (OEMs) in their product engineering and manufacturing
9、engineering . Virtual reality adds more dimensions to virtual prototyping, product building, assembly, service, performance use-cases. This enables engineers from different disciplines to view their design as its final product. Engineers can view the virtual bridge, building or other structure from
10、any angle. As well, some computer models allow engineers to test their structures resistance to winds, weight, and other elements. Immersive VR engineering systems enable engineers, management and investors to see virtual prototypes prior to the availability of any physical prototypes,以提高设计精度/质量、降低生
11、产成本、产品创新提高企业和用户的生态系统改变为目标，以船舶工业设计和制造传统模式为手段，结合三维建模、产品生命周期管理（PLM）、工程虚拟现实技术、虚拟性能样机技术、沉浸式虚拟装配技术、结构设计/仿真/测试大数据和机器学习技术、人机工程/虚拟驾驶技术、制造工艺仿真、新材料及新工艺方法仿真优化等技术的研究，推动船舶工业智能研发和智能制造模式变革,传统行业+人工智能（AI）+虚拟现实（VR）,在指数级技术增长和爆炸式颠覆下产品设计和制造的价值再定义 创造产品及价值的流程新模式: 前提是100%的3D设计 自主虚拟原型样机过程：仿真模型建立（3D/4D）/浸入式被动虚拟样机/主动虚拟样机（机器学习）
12、/自主虚拟个性化样机,虚拟原型样机(Virtual Prototype)定义：敏捷(agile), 智能(smart) , 1:1(虚拟样机：物理样机）和可以感知/体验 从材料及材料参数、虚拟运行环境、虚拟性能、可制造性/工艺、虚拟维护/服务。,二、虚拟现实（VR）个人定制基本框架,（一）工业制造虚拟现实（Virtual Reality, VR） （二）虚拟现实平台定制 （三）硬件与软件条件 （四）虚拟试验 （五）虚拟设计、装配、试验平台实施 （六）VR技术最新进展,（一）工业制造虚拟现实（Virtual Reality, VR）,1、传统制造业创新产品成本高昂 2、工业设计/制造概念正在发生
13、重大变化 3、虚拟设计、虚拟试验平台建设目的,1、传统制造业创新产品成本高昂,传统 产品设计主要依靠数值仿真和试验验证，一般在产品结构设计完成后，通过数值仿真进行性能分析，然后在试验台上进行硬件试验验证，如果发现产品设计问题，则修改设计方案和参数，再进行试验，如此反复迭代调优性能。这样的设计方法，存在较多制约： 硬件试验的试验周期和成本较高，对设计更改把的响应速度慢。 一般性的数值仿真仅能起到辅助试验验证的作用，没有真正达到驱动设计、加快试验进程和节省试验成本的目的。 对不同项目或型号设计，数值仿真模型需要重新建模，重复建模的工作量大且限制分析效率。 鉴于以上因素，发展具有快速试验验证能力的产
14、品虚拟样机试验平台成为必需。 由于经济成本限制，创新过程不易复制，不利于寻找问题（发现细节，细节决定成败！），不利于多方案寻优。,2、工业设计/制造概念正在发生重大变化,制造模式变化：传统的工业制造模式被“设计制造实物试验交付”大循环研制模式统治着，但是今天它却要被“设庄计仿真虚拟实验制造实物试验交付” 的嵌套循环研制模式替代，仿真（Simulation）和虚拟（现实）试验的作用越发凸显。 虚拟样机开发是融合设计者物理样机创新能力、考虑物理样机试验环境、试验流程（Procedures）、试验大纲的综合能力的成果，因此设计者的能力与水平及传统的产品设计成果都可以很好加以应用，人工智能（Artif
15、icial Intelligence, AI）成为虚拟样机开发的亮点。 虚拟试验样机虚拟模型通过虚拟夹具安装在虚拟试验台上，并模拟施加实测的环境工况，通过计算机综合计算，一方面可以测量数字化样机和试验夹具上的动态响应，对预定的试验方案进行验证，对试验夹具的适用性进行评估，还可以对产品在给定环境条件下的疲劳和耐久性。采用这种手段，可提高实物试验的成功率（对试验请求和设计方案更改的快速响应，加快试验设计进程，保证物理试验有效可靠），减少调试时间和试验的次数，进而缩短研制周期、降低研制成本，减小设计风险。试验平台实现了试验不受场地、时间和次数的限制，可对试验过程进行回放、再现和重复，可以处理实物试验
16、难以处理的复杂系统和问题。 虚拟（试验）样机的虚拟试验是产品试验方案验证、试验夹具（边界条件）适用性验证、新材料应用、装配过程验证和产品功能验证的有力工具，是现代人机对话发展到最高水平的标志。 产品设计概念变化：试验验证型设计转为试验驱动型设计 浸入式虚拟概念（Immersive Virtual Concept, IVC）贯彻始终,3、虚拟设计、虚拟试验平台建设目的,通过虚拟设计、虚拟试验平台的构建，达到以下目标： 虚拟试验平台能够满足在计算机中完成于物理试验流程一致的虚拟试验； 能够完成物理试验平台设计方案的验证与优化。能够建立完整的系统模型，进行方案选型和设计验证； 基于此虚拟试验系统，可以建立试验台模型、工装夹具模型、试件模型，并将试件模型与试验台模型进行装配，完成各种工况的试验； 能够对试验夹具模型的频域传递性进行检查，对夹具的（数学模型）试验和随机试验的适用性进行检查； 建立的虚拟试验平台，其操作过程应简便快捷，应具备自动建模的能力。虚拟试验结果能以直观的动画及曲线形式反映出来，对真实物理提供指导意义。 能够形成虚拟试验模型数据库，包括设计模型库、实验设备库、实验工装库、材料数据库、环境参数库、测试结果数据库等。并通过该系统对试验数据进行有效管理。 完成基础人才的培养,
