Technologie rozszerzonej rzeczywistości (VR) i wirtualnej rzeczywistości (VR) ulepszają obecnie programy szkoleń w zakładach przemysłowych oraz, zwiększając efektywność szkoleń, rozwiązują problem braku wykwalifikowanych pracowników. Dzięki wykorzystaniu tych technologii szkolenie nowych pracowników jest efektywniejsze o 30–40%, jednocześnie skrócony jest czas montażu w fabrykach.

Fot. 1. Wykorzystując technologię rozszerzonej rzeczywistości (AR), eksperci mogą własnymi rękami w świecie cyfrowym narysować
i wykonać oznaczenia świata rzeczywistego,
które pomogą zaprezentować pomysły i instrukcje pracownikom w odległej fabryce. Technologia AR dostarcza w czasie rzeczywistym instrukcje wizualne i ustne krok po kroku. Źródło: PTC

Firmy, które wcześnie zaadaptowały technologie rozszerzonej rzeczywistości (AR – augmented reality) i wirtualnej rzeczywistości (VR – virtual reality) w zakładach produkcyjnych, zademonstrowały, że technologie te dostarczają nową wartość poprzez rozwiązywanie problemu braku wykwalifikowanych pracowników, transformację metod szkoleń i oceniania inżynierów automatyków oraz częściowo rozwiązują problem związany z odchodzeniem z firm doświadczonych, emerytowanych pracowników (proces zatrzymywania i udostępniania wiedzy domenowej oraz własności intelektualnej – ( ang. intellectual property – IP). Technologie AR i VR wykazują wartość także w zwiększaniu produktywności pracowników oraz poprawie BHP.

Na przykład pewna duża firma z branży lotniczej i obronnej, której główna siedziba znajduje się w Wielkiej Brytanii, wdrożyła technologię AR w celu zwiększenia elastyczności siły roboczej. Za pomocą AR firma ta stworzyła instrukcje interaktywne dla pracowników w czasie rzędu kilkunastu godzin za 1/10 kosztów, przeszkoliła nowych pracowników bardziej efektywnie o 30–40% oraz o połowę skróciła czas montażu w fabryce.

W innym przypadku pewna światowa firma z główną siedzibą w USA, wytwarzająca produkty technologiczne wykorzystywane w biznesie, wdrożyła technologię AR w celu połączenia inżynierów i techników pracujących w terenie z ekspertami, zamiast dostarczania im instrukcji serwisowych i wsparcia telefonicznego. Wskaźniki procentowe napraw dokonanych przy pierwszej interwencji (ang. first-time fix rate – FTFR) zwiększyły się o 67%, zaś efektywność pracy inżynierów i techników zwiększyła się o 20%. Przeciętny czas potrzebny na rozwiązanie problemów skrócił się o ponad 2 godziny.

Postępy w technologii AR do tworzenia i dokumentowania procedur roboczych wykorzystywanych w szkoleniach wykazały skrócenie o 37% czasu spędzonego na takich szkoleniach oraz skrócenie o 75% czasu wymaganego na dokumentowanie instrukcji roboczych.

Fot. 2. Rozszerzona rzeczywistość pomaga pracownikom w identyfikacji właściwych narzędzi i części wymaganych do realizacji zadania, dostarcza instrukcje krok po kroku oraz alarmuje o niewłaściwych krokach i poprawia je wraz 
z dostarczaniem informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym. Źródło: PTC

Rozwiązywanie problemu braku siły roboczej w zakładach produkcyjnych

Współcześnie producenci stoją przed istotnym problemem braku wykwalifikowanych pracowników. Jest tak już od lat – nawet przed rekordowymi spadkami bezrobocia. Odchodzenie pracowników na emeryturę, ekspansja gospodarcza oraz powiększający się brak wykwalifikowanych pracowników to czynniki mające największy wpływ na tę sytuację. Według amerykańskiego federalnego Biura Statystyki Pracy (Bureau of Labor Statistics – BLS) przeciętny czas pracy na etacie nowego pracownika w zakładzie produkcyjnym wynosi 5,3 roku, co oznacza, że nawet jeśli firma przyciągnie nowy talent, to prawdopodobieństwo, że pracownik ten w przyszłości będzie znowu uczestniczył w jakimś procesie rekrutacji, jest wysokie.

Zwykle najtrudniej jest znaleźć pracowników na takie stanowiska, które mają największy wpływ na funkcjonowanie zakładu. Stanowiska techniczne, na których pracują tacy specjaliści, jak inżynierowie automatycy, wykwalifikowani operatorzy, technicy, mechanicy i operatorzy maszyn, są kluczowe dla rozszerzania i uelastycznienia operacji realizowanych w fabryce i stanowią potencjalnie największy obszar do wdrażania inicjatyw transformacji cyfrowych oraz zwiększania wydajności produkcji. Są to także takie stanowiska pracy, które wymagają najwięcej szkoleń oraz inwestowania.

Wewnętrzne programy szkoleń są kluczem do przyciągania i rozwijania talentów, których potrzebują firmy produkcyjne. Jednak tradycyjnie stosowane metody, takie jak podręczniki szkoleniowe, Job Shadowing (forma pobierania nauki i zbierania doświadczeń w zawodzie polegająca na tym, że student lub stażysta przez cały dzień roboczy towarzyszy, jak cień, prowadzącemu go pracownikowi) oraz procesy oceniania i certyfikacji są już przestarzałe, mniej efektywne i czasochłonne. Metody te także nie pasują do potrzeby przygotowania się do różnych stylów nauki: wizualnych, słuchowych, słownych itd.

Definiowanie technologii AR i VR

Technologia AR transformuje sposób, w jaki informacje są konsumowane, poprzez nakładanie cyfrowej treści i analityki na świat rzeczywisty. Na przykład wyobraźmy sobie, że jesteśmy w zakładzie produkcyjnym i możemy za pomocą okularów 2D lub 3D, smartfona lub tabletu oglądać dane operacyjne, rysunki, dokumentację i kopie nałożone na maszyny i widok hali fabrycznej. AR może wspierać właśnie takie możliwości wizualizacyjne, a także dostarczać przewodniki krok po kroku po procedurach, instrukcje ustawiania dla operatorów maszyn oraz dokonywać zmian w trakcie w instrukcjach, przepływach roboczych, procesach i nie tylko.

Z drugiej strony technologia VR tworzy w pełni immersyjne doznania (immersyjność to proces „zanurzania się” człowieka w rzeczywistości elektronicznej albo pochłaniania go przez nią). Zamiast nakładania danych i analityki na świat rzeczywisty, VR tworzy środowisko symulowane. Wyobraźmy sobie, że jesteśmy w stanie wirtualnie odwiedzić odległy obiekt przemysłowy lub obiekt będący jeszcze w budowie, taki jak platforma wiertnicza i gazowa na morzu, bez konieczności wysyłania stażystów na miejsce.

Przypadki wykorzystania technologii AR

Typowy rozwój pracowników (ang. workforce development, amerykańskie podejście do rozwoju gospodarczego polegające na zwiększeniu stabilności gospodarczej i dobrobytu poprzez skoncentrowanie się raczej na ludziach niż na firmach) w przemyśle produkcyjnym składa się z tradycyjnych metod. Jest on mieszaniną drukowanych podręczników, szkoleń opartych na komputerach, odgrywania ról (ang. role-playing, stażysta odgrywa rolę doświadczonego pracownika) i Job Shadowing. Metody te są czasochłonne i kosztowne, zaś ich wyniki są różne, mimo poniesienia znacznych nakładów. Drukowane podręczniki mogą być trudne do zrozumienia, filmy wideo nie są interaktywne i nie mogą być dopasowane do indywidualnych potrzeb, natomiast odgrywanie ról może być trudne do zaplanowania oraz może negatywnie wpłynąć na produkcję i zmniejszyć jej wydajność.

Te typy materiałów szkoleniowych wymagają także dużo czasu na opracowanie i utrzymywanie, a jeżeli nie jest dostępny sprzęt wyłączony z produkcji, to cała wiedza uzyskana na szkoleniach nadal musi być zweryfikowana w praktyce.

Technologia AR jest adresowana do potrzeb wielu stylów nauki i ma wiele zalet. Technologia ta:

→ pozwala na organizowanie szkolenia w trybie wizualnym, słuchowym i ruchowym,

→ dostarcza w czasie rzeczywistym instrukcje wizualne i ustne krok po kroku,

→ pomaga pracownikom w bardziej efektywnym nawigowaniu po fabryce i magazynie,

→ identyfikuje właściwe narzędzia i części, które są wymagane do wykonania zadania,

→ dostarcza instrukcje krok po kroku,

→ alarmuje o niewłaściwych krokach i poprawia je na całej drodze, dostarczając informacje zwrotne w czasie rzeczywistym,

→ nakłada kluczowe parametry działania i dane operacyjne na sprzęt w celu zilustrowania, jak fabryka reaguje na zmiany.

Na przykład, jeśli inżynier automatyk albo utrzymania ruchu został zaalarmowany, że jakiś silnik nie pracuje, to technologia AR może zaprowadzić inżyniera lub technika do właściwej części zamiennej w magazynie, pomóc temu specjaliście w odnalezieniu silnika w fabryce, dostarczyć instrukcje krok po kroku na temat bezpiecznego wykonania procedur LOTO (ang. lockout-tagout, system zabezpieczeń, zamknięć i oznaczeń przed wykonaniem prac serwisowych) oraz wyświetlić inter-aktywne instrukcje na temat demontażu starego silnika i zainstalowania nowego. Po zakończeniu prac technologia AR może pokazać, jak prawidłowo uruchomić maszynę.

Fot. 3. Rzeczywistość wirtualna tworzy immersyjne doznania w symulowanym środowisku, gdzie operator może wirtualnie szkolić ludzi na linii produkcyjnej, urządzeniu lub fabryce będącej w trakcie budowy, bez konieczności wysyłania na miejsce stażystów. Źródło: PTC

Technologia AR a tradycyjne szkolenia

Po zakończeniu szkolenia jego uczestnicy są oceniani w celu upewnienia się, że zrozumieli i pojęli podstawowe pojęcia i zagadnienia, w tym procedury LOTO, metodologie oceny zagrożeń procesowych, wytyczne OSHA (ang. Occupational Safety and Health Administration, amerykańskiej Agencji Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy) i inne. W niektórych przypadkach uczestnicy szkoleń mogą być poddani testom umiejętności praktycznych, w innych tylko sprawdzani z teorii w celu otrzymania certyfikatów.

Jednak certyfikaty i sprawdzanie umiejętności praktycznych mają swoje wady. Osoby prowadzące szkolenia, które poddają uczestników egzaminom na papierze i urządzeniach cyfrowych, nie są w stanie ocenić, czy uczestnicy ci pojęli koncepcje świata rzeczywistego, które są wymagane dla osiągnięcia sukcesu. Natomiast podczas oceniania umiejętności praktycznych uczestnicy szkoleń są sprawdzani z wartościowych koncepcji, jednak dane, takie jak błąd ludzki i wskaźniki ogólnego działania, zostają utracone. Dane te są zasadnicze dla poprawy przyszłych programów szkoleń.

Technologia AR dostarcza środki do połączenia tego, co najlepsze z obydwu metod oceny uczestników szkoleń poprzez poddanie ich egzaminom praktycznym, przy jednoczesnym przechwyceniu tych zasadniczych danych, które są wymagane dla ulepszenia szkoleń. Technologia AR ma możliwość rozpoznawania sytuacji, gdy montowana jest niewłaściwa część, gdy etapy montażu są realizowane niewłaściwie, gdy wykonanie jakiegoś zadania zabiera zbyt dużo czasu lub nawet gdy niewłaściwy krok powoduje zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Technologia VR: szkolenia z sytuacji awaryjnych

Niezależnie od poziomu szkoleń w przemyśle produkcyjnym występują sytuacje, do których powinni być przygotowani wszyscy inżynierowie automatycy. Tradycyjne metody szkoleń nie mogą być dopasowane do tych scenariuszy bądź są dopasowane nieadekwatnie.

W różnych gałęziach przemysłu przetwórczego, gdzie bezpieczeństwo jest najwyższym priorytetem, operatorzy i inżynierowie automatycy muszą być przygotowani do sytuacji, których przy odrobinie szczęścia nigdy nie napotkają w swojej karierze, takich jak niekontrolowana reakcja, wyciek chemikaliów lub eksplozja. Także takich sytuacji, które mogą się zdarzyć tylko raz w roku, np. wyłączenie i rozruch (linii produkcyjnej). W produkcji dyskretnej i hybrydowej operatorzy muszą być przygotowani na zmiany wytwarzanych produktów, modernizacje sprzętu oraz sytuacje awaryjne, w których wymagane jest szybkie działanie, aby zmniejszyć lub zlikwidować ryzyko wyrządzenia szkód personelowi i sprzętowi.

Są to sytuacje, w których technologia VR może dodać ogromną wartość. Za pomocą immersyjnych cyfrowych bliźniaków (ang. digital twins) inżynierowie automatycy mogą odgrywać role i ćwiczyć reakcje na scenariusze różnych sytuacji awaryjnych. W kontekście środowiska produkcyjnego inżynierowie ci nie mogą tylko ćwiczyć reagowania, ale mogą także dowiedzieć się, w jaki sposób różne reakcje wpływają na operacje realizowane w zakładzie. Cyfrowe bliźniaki i VR oferują także możliwość szkolenia operatorów w sytuacjach, gdy środowisko fizyczne jest niedostępne, gdy obiekt jest w budowie, znajduje się w odległej lokalizacji lub jest niebezpieczny.

Rozwiązywanie problemu braku wykwalifikowanej siły roboczej za pomocą technologii AR

Według firmy doradczej Deloitte w ciągu następnych 10 lat ponad 2,7 mln osób urodzonych w czasie wyżu demograficznego, który wystąpił w okresie powojennym (ang. baby boomers), odejdzie na emeryturę z przemysłu produkcyjnego, zabierając ze sobą swoją wiedzę i praktykę. Efektywny program przeprowadzenia pracownika przez proces odejścia z firmy (ang. offboarding; obejmuje on zarówno sprawy formalne, jak i rozmowę/ankietę przeprowadzoną na zakończenie pracy w danej firmie) jest sprawą kluczową dla rozwinięcia się następnej generacji inżynierów automatyków. Jednak opracowywanie tradycyjnych materiałów szkoleniowych jest czasochłonne, a materiały te szybko stają się przestarzałe.

Za pomocą technologii AR przechwytywanie wiedzy ekspertów staje się znacznie bardziej efektywne. Zamiast realizowania jakiegoś procesu i spędzania wielu godzin na dokumentowaniu go, wykwalifikowani inżynierowie mogą stworzyć pasywnie aplikacje typu AR Experience („doznania w rozszerzonej rzeczywistości”). AR wykorzystuje zaawansowane technologicznie czujniki oraz wizję komputerową do przechwytywania sygnałów dźwiękowych i wizualnych, które dokumentują lokalizację fabryki i procesy robocze. Inżynierowie automatycy mogą wykonywać swoje zadania, nosząc na głowie zestawy VR i mówiąc w trakcie tak, jak gdyby kogoś szkolili. Jednocześnie technologia AR dokumentuje i przekłada te informacje na materiały szkoleniowe do wykorzystania w przyszłości. Mogą one być publikowane albo w aplikacjach typu AR Experience, albo w bardziej tradycyjnych formatach, takich jak filmy wideo, obrazy i dokumenty tekstowe (fot. 1).

Poza wspomaganiem bezproblemowego procesu odejścia pracowników z firmy na emeryturę, technologia AR może także rozwiązać problem braku wykwalifikowanych pracowników przez stworzenie połączenia między ekspertami a odległymi zakładami produkcyjnymi. Znajdujący się daleko od fabryki ekspert może nosić zestaw AR, który wyświetla te same informacje i obraz, co widziane przez kogoś noszącego także zestaw AR i znajdującego się w fabryce. Oboje mogą także prowadzić rozmowę na temat tej fabryki.

Odlegli eksperci mogą także własnymi rękami narysować i wykonać oznaczenia w świecie cyfrowym, które pomogą zakomunikować pomysły i instrukcje pracownikom w świecie fizycznym. Ten typ komunikacji interaktywnej i wizualnej nigdy nie istniał przed wprowadzeniem technologii AR. Może ona pomóc pracownikom w realizacji zadań, które stanowią wyzwania lub z którymi ludzie ci nie są zaznajomieni, albo rozwiązać jakiś problem przy pomocy wskazówek udzielanych przez eksperta. Daje także większą elastyczność pracownikom, którzy formalnie mogą już odejść na emeryturę, ale chcą nadal pracować na pół etatu lub zdalnie.

Potrzeba przyciągania, szkolenia i zatrzymywania w firmie następnej generacji inżynierów automatyków będzie wyzwaniem. Jednak technologie AR i VR trafiają i przemawiają do zainteresowań pokolenia millenialsów (ludzi urodzonych w latach 80. i 90. XX wieku) i zademonstrowały one, że mogą ulepszyć procesy szkoleń i onboardingu (przyjmowania nowego pracownika). Dzięki technologii AR i VR inżynierowie automatycy mogą być lepiej przygotowani na sytuacje zarówno występujące codziennie, jak i awaryjne, których mogą nigdy nie napotkać w swojej karierze. Producenci powinni zrozumieć i wykorzystać dzisiejszą technologię, aby rozwiązać problem braku wykwalifikowanych pracowników oraz zapewnić produktywne i bezpieczne przejście na następną generację siły roboczej.

Shelby Hegy jest starszym menedżerem marketingu produkcji w firmie PTC.