汽车厂商工业4.0指南，AR将是关键能力？

2024-10-30上海AR开发专家

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  《工业4.0：即将来袭的第四次工业革命》一书的主编乌尔里希·森德勒，是工业4.0研究领域备受推崇的专家。
  他在新书《无边界的新工业革命》阐述：中国、美国、德国，乃至全球各地，工业4.0的概念与实践都正欣欣向荣，同时，不仅仅是工业制造，工业4.0强调的产品数字化和生产数字化正在影响着社会生活的诸多领域，对我们的经济和社会产生深远变革，这些也就是所谓书名中的“无边界”。
  工业４.０与新技术
  “无边界”的工业4.0或者说国内倡导的智能制造，是“中美贸易战”的核心点，也是新一轮世界话语权的抢占高地。
  工业4.0从广义上来说，即制造业的数字化，在德国工业4.0战略中更详尽地描述为信息物理系统（CPS），通过传感器物联网紧密连接物理现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中，从而实现“智能工厂”，使得在生产制造过程中，设计、研发、生产有关的所有数据都将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。
  工业企业希望能借助CPS系统，开创新的制造方式，在这其中云计算、大数据、机器人、
  增强现实
  （AR）、物联网等新技术都将发挥重要作用。
  在工业领域中，汽车工业因其技术密集、资本密集、产业集中度较高等特点尤为引人关注，奔驰汽车、宝马集团、大众汽车集团、上汽、一汽等国内外汽车制造商都已在试水新技术加持的工业4.0。
  本文主要探讨对于汽车工业来说这中间的AR为何这么重要，以及主要价值在哪里。
  汽车智能制造的关键技术
  AR在汽车工业中有巨大的机会和潜力，特别是随着智能互联的进一步渗透，AR的价值将呈指数级增长。以下几方面技术支撑汽车工业的升级：
  物联网、数据、计算能力的衔接
  信息传感设备的普及使“智能模块”正在变得越来越小，智能感知、识别技术加持下，在信息网络中实体物体不再透明化，并产生巨量的数据。此外，云端的计算能力和网络能力快速升级，而同时成本在快速缩减，这也意味着更多的企业可以普遍使用传感器，识别监控物理环境。
  数据分析与智能
  这得益于机器学习等人工智能（AI）技术的突破，智能化制造的关键在于海量数据的分析，找出数据的关联性，做出精准的预测与决策，并快速积累经验。而AI在汽车工业领域的研究涉及知识处理系统、计算机视觉、深度学习等等方面，将带动整个行业的深度发展。
  智能化装备产品
  日本软件银行总裁孙正义曾向日本政府建议，希望到2040年，日本能够增加到五千万工业机器人，这是日本制造业从业人员的5倍左右。以工业机器人为代表的智能化设备将成为工业中主流，以替代低效率环节的人力，使真个产业链效率再有质的提升。
  人机自然交互
  工业4.0中的多模态交互
  即使智能化、自动化不断加持，人在汽车工业中也不会完全缺席，肢体动作、语音、手势、视觉、甚至面部表情等身体语言组成的多模态交互，让人的机器的互动容易且高效，而围绕交互的升级也成为智能制造的主流之一，在丰田式生产管理影响多年后，制造业需要新的思路去提升员工效率。
  自然人机交互同样体现在汽车的用户体验上，新型车载系统正在把人与GPS等信息系统的交互从小屏幕上转移到物理世界。
  AR的关键能力
  AR有两大关键技术：计算机视觉、人机交互。计算机视觉“看”世界，解决机器设备对现实世界的理解问题，人机交互解决人与虚拟信息互动的方式，反映在智能制造中，AR的能力表现在四个维度：虚拟信息融合在现实空间的作用、虚拟信息的呈现方式，虚拟信息呈现的作用，与虚拟融合信息的交互方式。
  环境/物体增强
  Mercedes Rescue Assist 应用程序
  AR首先通过图像、物体识别、环境理解等技术认知现实环境/物体，然后叠加相应的虚拟信息，并使之融合，在不改变真实设备的情况下，实现设备的数据化智能化升级。梅赛德斯-奔驰曾推出Mercedes Rescue Assist 应用程序，当车辆遭遇车祸时，到现场的急救人员可以通过摄像头观察车辆状况，系统把如混合动力和纯电动汽车的电池系统，以及安全气囊等信息附加于车辆上，还可以对图像进行旋转等处理，以协助急救人员制定最佳营救方案。在AR的支持下，车辆升级成为信息设备。
  可视化
  一汽解放锡柴发动机AR讲解效果图
  AR改变了信息呈现的方式，提供类似X的穿透效果，让物体内部构造“可视”，同时也丰富了信息的维度。例如，在亮风台与一汽解放锡柴合作的发动机讲解，操作培训中，直接把发布机的的机构完全拆解，详解每个零部件，这在销售中提升了客户的对产品的认知，而内部工作人员也能根据可视信息，轻松完成操作。在医疗领域，AR能将患者的血管脉络成像，投射到患者的皮肤上，使医护人员能够轻松定位血管位置。
  不同于传统纸质材料或者手机端、PC段信息查询，AR的动态可视信息显然能容纳更大的信息量，图文、音视频、模型动画根据实际需求快速呈现，让工作人员更容易获取丰富的有效信息。
  指示、协助、信息化
  AR在操作指导、培训、工作协助方面的作用尤为直观，如在汽车发动机等器械设备的产线上，AR在需要拧下的螺丝上叠加3D指令，指导是向左旋转还是向右。在标准化工作中，人越来越趋向“傻瓜式”操作，AR智能眼镜等设备给出了严格的工作流以及跟踪统计，减少犯错风险的同时提高效率。AR解决了2D纸质材料的难以理解，视频文件的缺乏互动，培训的高成本等问题，甚至取代传统的培训方式，新员工根据AR设备更智能的指导快速上手。
  另一方面，AR还使通过第一视角的现场画面，以及便捷的信息传输，为现场工作人员提供远程的协助协作，给予远程专家如同身临其境的沟通体验。在亮风台的实时通讯通讯与协作产品HiLeia中，远程专家直接查看第一视角的画面，对于音视频难以描述的问题实时冻屏标注，现场人员在接受指导的同时进行操作，以确保正确性。建筑公司Lee用远程AR协助现场技师进行装配和维修，减少专家的重复出差，节省成本500美元每人/月，投资回报率达1：20。
  自然交互
  智能制造对人机交互方式提出了新的诉求，这些需求和AR有高度的重叠性。目前，来说语音交互是AR智能终端的主流，技术成熟度也较高，头部姿态跟踪、物理触控用来辅助操作。
  AR智能眼镜的交互方式
  除了认知度较高的AR智能头戴设备的交互方式，AR提供了其他互动方式尝试，
  苹果
  “使用立体图像的自适应车辆增强现实显示器”专利申请中，建议这种技术可以用于向驾驶中的用户提供周围世界的更多信息。用AR智能设备将虚拟面板投射在产品上，通过语音或手势控制，这种车载HUD也是现在汽车厂商在AR上探索的主流方向之一。
  苹果新专利：使用立体图像的自适应车辆增强现实显示器
  在智能家电终端上，格力联合亮风台尝试了用AR来调节空调风向，手机上AR APP预估房间格局，让空调风吹向沙发、书桌等特定区域，或者避开婴幼儿活动区。AR交互方式升级的背后是技术的不断完善，在将来具有颠覆性的潜力。
  AR创造哪些价值
  大众汽车集团中国总裁兼CEO海兹曼曾在采访中强调，所谓的工业 4.0 或者生产 4.0 概念，并不只局限在生产灵活性这一个环节，在产品研发、生产环节、物流环节、销售和售后服务，以及客户体验方面的改善、优化和提升等方面，都跟工业 4.0紧密相关。AR等数字化过程贯穿这整个产业流程，其中沃尔沃、奥迪、宝马、梅赛德斯-奔驰、保时捷、丰田、上汽、一汽都在进行AR的研发合作，从效率、成本、体验三个维度创造商业价值。
  “AR+汽车”全链条渗透（来源于：亮风台）
  营销销售
  “AR看车”给汽车的线上销售提供了新的高效工具，消费者在购买之前可以将汽车“搬到”现实空间中预体验，从各个维度内外部获知信息，从而提升决策力。上汽通用在2018年引入“AR汽车说明书”，技术由
  AR公司
  亮风台提供，提供汽车仪表盘、汽车中控等部件的识别，可现实汽车的重要功能或隐藏功能，在提升销售体验的同时，方便售后处理突发问题，也让汽车成为行为数据入口。
  搭载于智能手机的“AR汽车说明书”
  在汽车产业链中，不乏功能型号复杂的部件，AR的营销解决方案缩短了销售流程。另外，AR也在柔性化生产中发挥作用，沃尔沃使用
  AR技术
  帮助用户进行定制化生产。
  产品研发
  AR可以将CAD模型投射到实物上进行匹配对比，从而确认设计效果，大众汽车在数字设计审核中，使用这一技术让设计效果和原型之间的差异显而易见，提升质检过程的效率和准确性，和传统的2D图纸对比这一效果更为明显。
  AR在产品研发上的想象更多在设计协作上，设计师可以基于立体、融合在真实场景中的3D模型，而不是在电脑上通过构图把平面设计转化成三维，或者使用传统的粘土等模型。在网络条件足够的情况下，把模型数据传输到云端实现快捷的远程协作也能成为现实。上文的亮风台“AR汽车说明书”还为汽车厂商中提供了另外一种便利，即用户行为分析，更多具有AR能力终端的普及，让用户行为更为详实。
  使用
  HoloLens
  在福特汽车设计中3D可视化原比例模型
  生产环节
  不难发现，AR的核心能力在生产环节体现鲜明，新员工培训成本降低效率提升，工作人员可以按照标准流程指导作业，在处理复杂问题时，类似HiLeia的系统软件将提供远程支持，还能延伸到数据采集、过程监控、故障预警、故障分析等功能。AR是奥迪未来工厂技术组成部分之一，应用于模块化装配，简化检测流程，监控等。
  售后服务
  经发现，在汽车的售后中，“小人”问题困扰了不少新手车主，如显示屏上出现“蹲厕所的小人”、“背大宝剑的小人”等，“AR汽车说明书”让用户随时直观的获知说明：零下４摄氏度、安全带提醒等，解决突发问题。
  汽车指示灯
  更重要的是AR大大降低了售后链条的成本，帮助售后技术人员为消费者解决问题，汽车厂商可以根据分析数据预测并处理问题，或者远程连接专家，这一服务可以是针对经销商（4S店）或者直接消费者。
  物流仓储
  同其它智能制造企业，AR也同样能提升其中物流仓储中分拣、存储货效率与准确性。在物流汽车DHL中，AR减少了错误，并使效率提升了25%。
  明显可见的现象是，智能互联产品在工业领域进一步渗透，人工智能和机器人发展势头猛烈，但人和机器设备的优势互融，才是汽车工业未来一段时间更可行高效的方案，才能发挥更大的效能，AR正在发挥这样的作用，增强人的能力与价值，变革工作方式与技能获取手段，成为数字世界与物理世界之间的桥梁，有前瞻眼光的汽车厂商们正在积极部署AR，并逐渐从中获利，这一趋势还将继续蔓延