在這一輪航空智能制造轉型中，虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術將大大提升這一過程的效率和質量。
2017月5月5日，國產大飛機C919成功首飛。接線是飛機總裝中的一個勞動密集型過程，C919機身中有700多線束，固定線束零件3000多種，零件總數超過15，0000個。而且接線工作往往在狹小空間內進行，其復雜和精細程度考驗著每一個接線員，也是總裝任務成敗的一個關鍵。在這一輪航空智能制造轉型中，虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術將大大提升這一過程的效率和質量。

一、航空智能制造轉型中的三類關鍵技術
全球經歷智能制造轉型
當前，全球正在經歷智能制造轉型，各行各業在圍繞價值鏈建立智能制造系統，在這一進程中，人是難以回避的話題，航空工業擁有大量像接線這樣無法自動化或實施機器人極不劃算的生產過程。業界的幾點共識是：人是智能制造系統的有機組成部分，人是智能制造轉型之路的核心資產，人是實現智能制造的潛在瓶頸。因此，提升人的感知、分析、決策、執行能力，成為重中之重，即：連接人與智能制造環境——這是“工業互聯網”概念的三大要素之一；增強人獲取和利用信息的能力——這是“工業4.0”概念的三大范例之一。此外，還要發展核心競爭力背后的核心競爭力，即各類智能制造核心技術。

航空智能制造三類關鍵技術
從全球來看，航空工業一直處于引領智能制造發展的位置，對于航空工業來說，物聯網、大數據、機器人、3D打印都是基礎技術。航空智能制造的三類核心技術可以歸納為：數字線索技術（洛克希德·馬丁稱為數字織錦），賽博物理生產系統（CPPS）技術，智能人工增強系統技術。簡單地說，數字線索是集成軟件、傳遞數據、基于模型的全壽命周期分析框架，無縫連接各階段的“數據－信息－知識”系統，支撐最佳決策；CPPS是智能制造系統的核心，具備“狀態感知—實時分析—自主決策—精準執行—學習提升”這一特征；智能人工增強系統由數字線索支撐，提升對復雜系統和過程的理解和洞察，充分發揮人類智慧創新，確保任務高效無誤執行。VR／AR技術是智能人工增強系統的重要支撐。

二、虛擬現實技術與航空智能制造

1.虛擬顯示技術伴隨航空數字化－智能化之路
近兩年不斷涌現的應用和炒作，使大家對虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術已經不再陌生。互聯網上甚至稱2016年為虛擬現實元年，其實VR和AR技術在航空中的應用已經分別超過35和45年，伴隨航空工業由數字化一路走向智能化。VR方面——1982年，業界所成的“VR祖父”為美國空軍開發了虛擬耦合空中系統模擬器；2007年，洛克希德·馬丁收購好萊塢合作商3DSolve公司（創始人與詹姆斯·卡梅隆等有過合作）開啟動作捕捉新天地；2016年，諾斯羅普·格魯門聯合CAE開發了終極VR訓練器。AR方面——1972年，法國試飛員開發并測試了軍轉民用的平視顯示器；1990年，波音在777飛機的數字化研制中創造了“增強現實”一詞（沒錯，AR這個英文詞來自航空工業）；2015年，空客與微軟達成HoloLens合作協議，在其正式發售前進行各項應用研究，同時空客旗下Testia公司開始在全球范圍內銷售其開發的增強現實質量檢測系統。
2. 虛擬現實技術的三大應用領域
虛擬現實技術在航空工業中主要用于虛擬／增強工程、虛擬／增強建造和虛擬／增強服務這三大領域。波音、空客、洛克希德·馬丁和諾斯羅普·格魯門等航空制造業巨頭都擁有不止一個VR實驗室，并且積極實驗和實踐AR技術，VR和AR技術給他們帶來巨大好處。比如，洛克希德·馬丁首先將VR技術用于F－22和F－35項目，僅沉浸式工程就為F－35項目節省超1億美元，投資回報率達15倍，在太空項目生產上每年節省1000萬美元。
（1）虛擬／增強工程
虛擬／增強工程在設計階段早期，利用數字樣機將海量數據可視化，以更直觀的方式，提升對復雜系統的理解，實施諸如可入／可達／可見性仿真和活動組件的直接評價，確保得到最佳的產品設計。還可包括：數據審查，產品可行性研究，操作性與功能性分析，面向維修性的設計，用戶參與的設計，快速便捷的構型管理等。虛擬／增強工程對于基于模型的系統工程（MBSE）的意義是，它增強了多學科的溝通，提早發現和消滅問題。對于設計人員，支撐想法的可視化與交流；對于工程人員，支撐對問題的分析、理解與優化；對于市場／銷售人員，支撐可視化以向用戶推銷和售賣；對于管理人員，支撐對風險和成本的快速掌握和降低決策。

（2）虛擬／增強建造
虛擬／增強建造在物理樣機成形前后，分別確認和培訓裝配工藝，包括工人操作安全性控制、機械手／人機工程操作定義與確認、裝配仿真／運動學確認等，提升制造成熟度。還可包括：裝配單元人機工程、建造操作識別、手部間隙審查與確認，工裝可入性審查、確認與培訓，數字樣機零件審查，虛擬操作培訓與零培訓操作，虛實對比質量檢查等。虛擬／增強建造對于MBSE的意義是，通過虛實結合，即虛擬優化、確認和培訓以及虛實結合的培訓、操作和檢查，提升生產制造的質效。

（3）虛擬／增強服務
虛擬／增強服務在早期虛擬確認并培訓拆解、維修和組裝程序，實時指導維修，節省可觀的維修成本。還可包括：工具可入性審查、確認與培訓，維修、修理與大修（MRO）操作可行性分析，虛擬操作培訓與零培訓操作，以及基于數字線索的維修等。由于過程類似，虛擬／增強服務對于MBSE的意義也是一樣的，即虛實結合提升質效。

三、結束語
需要指出的是，VR／AR技術不僅僅是一個眼鏡或者屏幕，其背后是由一個強大的計算與通信系統以及數字線索支撐的。比如AR應用一般包括背景認知、數據集成和數據通信三個組成部分以及基于降階模型的數字化作業指導書；具備沉浸、交互和集成特征的“穴式自動虛擬環境”（CAVE）背后是強大的高性能計算和顯示能力。雖然看起來很復雜，但是由于航空工業在實施MBSE的進程中不斷積累和取得進步，VR／AR技術的應用在諸多環節上，比機器人和其它自動化技術的應用要節省不少人力物力和財力，具有很高的性價比。
全球正在經歷智能制造轉型，提升人的感知、分析、決策、執行能力成為航空工業的重中之重。基于VR／AR的智能人工增強系統由數字線索支撐，提升對復雜系統和過程的理解和洞察，充分發揮人類智慧創新，確保任務高效無誤執行。通過虛擬現實技術，能夠得到更好、更貼近用戶需求的設計，更合理、更精益的生產工藝規劃，更省時、更便捷的人工培訓，更高效、更高質量的人工操作，極高的投資回報率和極低的錯誤率。人是智能制造系統的有機組成部分和智能制造轉型之路的核心資產，VR／AR技術也將是未來航空制造業提質增效的一個必然選擇，作為核心技術支撐航空智能制造轉型。

2． 再次認識智能制造
提到智能，總是存在Smart和Intelligent兩個詞。國外目前普遍提出的是“Smart制造”，它從運行角度看問題，重在實現精益、高效、降本、節能目標，使智能的結果是“聰明的”；我國往往提出的是“Intelligent制造”，它從功能角度看問題，重在集成關鍵技術形成系統層級部署，容易形成為了智能而智能的局面，比如盲目強調“機器換人”。另外，“Digital制造”是智能制造的基礎，它從使能角度，體現了智能制造轉型中軟件、數據和模型這些新興資產的價值。因此，智能制造的全新定義可以是，在Digital制造使能基礎上，以Intelligent制造系統實現制造的Smart結果。連接人與智能制造環境和增強人獲取和利用信息的能力，在這一定義下，是實現Smart制造不可缺少的組成部分。

Smart制造的三個基本元素是“人—機—物”，重點是建立它們的自感知和彼此的互聯通，實現“數據信息知識智慧”（DIKW）過程的自組織和自優化。Intelligent制造的三個基本元素是“數字虛體—物理實體—意識人體”（參見《三體智能革命》一書），重點是建立并維護彼此的接口，實現各層級智能制造系統的最佳涌現性。顯然，VR／AR技術就屬于在數字虛體、物理實體與意識人體之間建立接口的范疇，是智能制造的核心技術之一。