Widoczność fabryk, szkolenia pracowników i rozwiązywanie bieżących problemów to dziedziny, które czerpią najwięcej korzyści z technologii rozszerzonej rzeczywistości (AR) i wirtualnej rzeczywistości (VR), wykorzystywanych w produkcji, przetwarzaniu oraz innych aplikacjach przemysłowych. Technologie te mogą wpłynąć pozytywnie na projektowanie, montaż i jakość wyrobów oraz bezpieczeństwo pracy.

Wynikiem wykorzystania technologii rozszerzonej rzeczywistości (ang. Augmented Reality – AR) i wirtualnej rzeczywistości (ang. Virtual Reality – VR) jest osiągnięcie wielu kluczowych korzyści, ponieważ producenci uzyskują wgląd w stan techniczny sprzętu, modele produktów oraz inne obszary. Wynikające z tego zwiększenie efektywności operacji realizowanych w fabryce powoduje wzrost jakości produktów i skraca czas ich wprowadzenia na rynek. Technologie te wykorzystują czujniki, kamery, urządzenia inteligentne, urządzenia ubieralne (ang.wearables, urządzenia elektroniczne noszone na sobie) oraz inne narzędzia Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT). Szkolenia kadry stają się łatwiejsze, ponieważ pracownicy, stojąc przed maszynami, otrzymują wizualne informacje opracowane na podstawie praktycznych doświadczeń, co prowadzi do ulepszenia procesów montażu wyrobów oraz konserwacji sprzętu.

Na przykład przy montażu samolotów urządzenie AR wyświetla obraz podzespołów, na który nałożone są renderowane obrazy specyfikacji, śrub, kabli, części i numerów części. Ułatwia to technikom montaż ciężkich maszyn, gdyż wykonują oni po prostu wyświetlane instrukcje. W ośrodku szkoleniowym pewnego producenta samolotów AR umożliwiła technikom wzrost wydajności pracy o 30%.

Programy szkoleniowe wykorzystujące symulację VR pomagają nowym pracownikom nauczyć się wykonywania złożonych procesów, gdy „zanurzają się” oni w cyfrowej rzeczywistości (tzw. immersja), odtwarzającej animowaną replikę 3D fizycznie istniejącej fabryki i poszczególnych jej stanowisk, maszyn. W wyniku tej metody uzyskano większe wskaźniki retencji pracowników w porównaniu do metod opartych na wykładach i czytaniu, szczególnie w przypadku nowej generacji pracowników, bardziej przyzwyczajonych do korzystania z nowoczesnych technologii wideo i środowiska VR. Pewna firma petrochemiczna zaoszczędziła 2 mln USD na logistyce, wykorzystując symulację VR do szkolenia pilotów helikopterów w zakresie bezpiecznego lądowania na platformie wiertniczej na morzu. Ponadto pracownicy tej firmy zachowali w pamięci 75% z informacji przekazanych w programie takiego szkolenia.

Technologie AR i VR: 7 korzyści

Technologie AR i VR mogą zrewolucjonizować metody szkoleń w przemyśle produkcyjnym. Ponieważ firmy z tej branży przewidują, że w ciągu następnej dekady utracą 2,7 mln wykwalifikowanych pracowników z powodu ich odejścia na emeryturę, muszą one wdrożyć AR i VR, aby utrzymać swoje fabryki w ruchu.

Producenci mogą wdrożyć funkcje technologii AR/VR w wielu działaniach operacyjnych na hali fabrycznej, a w szczególności wykorzystać je w siedmiu omówionych dalej obszarach.

1. Ulepszenie projektowania wyrobów

Technologie AR i VR mogą ułatwić przestawienie się na produkcję zindywidualizowaną i zorientowaną na klienta przez przyśpieszenie procesu ulepszania projektowania wyrobów. W połączeniu z technologiami cyfrowych bliźniaków (ang. digital twins) oraz IIoT, funkcje technologii AR nakładania świata cyfrowego na rzeczywisty oraz możliwości technologii VR symulacji za pomocą wizualizacji, efektów akustycznych i doznań dotykowych, umożliwiają inżynierom projektującym wyroby generowanie, badanie i testowanie prototypów wirtualnych.

Przemysł motoryzacyjny inwestuje obecnie znaczne kwoty w technologie AR i VR w celu ulepszania projektowania wyrobów. Oprogramowanie do wizualizacji 3D, wykorzystujące technologię VR, pomaga producentom OEM zarówno zmniejszyć koszty prototypowania, jak i ulepszyć proces analizowania projektów oraz proces ulepszania projektów na podstawie recenzji (ang. feedback loop). To z kolei skraca czas opracowania produktu i przyspiesza jego wprowadzenie na rynek.

2. Realizacja złożonego montażu

Poza szkoleniami z montażu samolotów, inżynierowie mogą także usprawnić opracowywanie produktów dostosowanych do potrzeb klienta w inteligentnych fabrykach, stosując oparte na technologii AR systemy instrukcji dla pracowników. Taki system wykorzystuje sztuczną inteligencję oraz inne systemy detekcji, wraz z projektorami przemysłowymi o dużym strumieniu świetlnym i wkrętakami dynamometrycznymi do zapewnienia, że produkty są już za pierwszym razem montowane zasadniczo bez błędów. W sektorze aeronautyki inteligentne gogle, wykorzystujące technologię rozszerzonej rzeczywistości, umożliwiają technikom precyzyjny montaż oraz instalowanie kabin w samolotach transportowych. Zakładane na głowę urządzenie jest wyposażone w kamerę, która potrafi skanować kody kreskowe wykorzystywane przez techników do odczytu informacji na temat elementów kabiny. Ponadto dzięki tej kamerze technicy widzą układ konstrukcji z oznaczeniami wyświetlonymi jako „rozszerzone” pozycje. Proces oznaczania pozwala technikowi potwierdzać lokalizację oznaczeń i weryfikować poprawność ich pozycjonowania z dokładnością co do milimetra.

3. Zapewnienie jakości

Technologia AR odgrywa integralną rolę w umożliwieniu kontroli jakości wyprodukowanych lub zmontowanych wyrobów. Przemysł motoryzacyjny i lotniczy rozpoczął już wdrażanie gogli i tabletów z technologią AR do kontroli jakości części dostarczanych przez firmy zewnętrzne oraz poprawności umieszczania różnych podzespołów na linii montażowej.

Systemy interaktywnych instrukcji dla pracowników, wykorzystywane przy montażu podzespołów, są także używane do zapewniania jakości wyrobów. Narzędzie z technologią AR łączy kamery przemysłowe z projektorami o dużej mocy w celu wyświetlania niezbędnych informacji bezpośrednio na powierzchni roboczej. Otrzymane „płótno cyfrowe” (ang. digital canvas) pozwala technikom na weryfikowanie i zatwierdzanie sekwencji montażowych oraz części używanych do produkcji. Niektóre firmy produkcyjne z branży motoryzacyjnej typu OEM i Tier 1 (dostawcy podzespołów na pierwszy montaż do firm typu OEM), które zaadaptowały systemy LGS (ang. Light Guide System, system wyświetlania instrukcji dla pracowników na miejscu pracy) w miejsce tradycyjnych instrukcji roboczych doniosły, że nastąpiła znacząca redukcja liczby błędów o 90% oraz skrócenie czasu cyklu o 40–50%.

4. Utrzymanie ruchu

Działy utrzymania ruchu w fabrykach wykorzystują wyświetlacze z technologią AR do sprawdzania stanu technicznego maszyn, ułatwiając sobie wykrycie problemów jeszcze przed podjęciem działań w celu ich rozwiązania. W pewnej aplikacji zestaw nagłowny AR wykorzystywał określoną technologię do dostarczania technikowi instrukcji na linii wzroku. To pomogło zwiększyć jego wydajność pracy przy oprzewodowaniu skrzynki sterowniczej turbiny wiatrowej o 34%.

Niedawna innowacja w opartym na technologii AR oprogramowaniu wspomagającym procedury utrzymania ruchu jeszcze bardziej wspomaga techników w śledzeniu położenia nakładki, tak że treść nie przemieszcza się, gdy użytkownik przesuwa tablet w różne strony.

5. Wsparcie ze strony ekspertów

Zdalna pomoc przy wykorzystaniu rozwiązań AR i VR może połączyć ludzi znajdujących się w różnych miejscach świata w celu wspólnego rozwiązywania problemów. Np. problem techniczny w USA może być rozwiązany dzięki współpracy z inżynierem w Chinach przy wykorzystaniu technologii Internetu Rzeczy (IoT) oraz gogli AR z mikrofonem i słuchawkami. Dzięki temu oszczędza się na kosztach podróży i przyśpiesza proces rozwiązania problemu.

Ponadto technologia AR, dostarczająca wrażenia wzrokowe i dotykowe, może być wykorzystana do zdalnego wykonywania zadań za pomocą robotów w niezamieszkałym środowisku. Takie systemy zdalnych operacji umożliwiają inżynierom immersję w interfejsie VR, a następnie sterowanie ruchami robotów przy takich pracach, jak spawanie czy montaż części.

6. Poprawa bezpieczeństwa pracy

Zdalny monitoring warunków panujących w niebezpiecznym środowisku jest realizowany za pomocą technologii VR, zaś protokoły utrzymania ruchu są wdrażane za pomocą tabletów wspierających tę technologię. To pozwala inżynierom bezpiecznie wdrażać standardy bezpieczeństwa. Pewna wiodąca firma z branży węgla kamiennego wdrożyła system AR do planowania konserwacji kombajnów, przenośników taśmowych i ładowarek górniczych. System ten wykorzystywał symulowane obrazy 3D do wirtualnego odtwarzania warunków panujących w kopalni oraz takich scenariuszy, jak zawalenie się skał pod ziemią. Jego użytkownicy dzięki immersji uzyskują informacje opracowane na podstawie doświadczeń i rzeczywistych sytuacji z przeszłości. Ułatwia to poprawienie metod prowadzenia prac, warunków BHP i przestrzegania norm bezpieczeństwa.

W innym przypadku producent OEM z branży motoryzacyjnej wdrożył technologie produkcji wirtualnej w celu zaprojektowania bezpiecznego i wydajnego środowiska pracy. Wykorzystano immersyjną technologię VR wraz z drukiem 3D i przechwytem ruchów całego ciała. Pozwoliło to na zmniejszenie wypadków przy pracy połączonych ze zranieniem ludzi o 70% oraz ograniczyło problemy ergonomiczne o 90%.

7. Ulepszanie operacji realizowanych w magazynach

Inteligentne magazyny zrewolucjonizowały praktyki stosowane w logistyce i dystry-
bucji, w efekcie przyczyniając się do zwiększenia precyzji i szybkości realizacji zamówień. Wykorzystują one technologię AR do bardziej efektywnego oznakowania, kodowania i zarządzania towarami.

Ponieważ ceny niezbędnych w takich aplikacjach czujników wynoszą obecnie poniżej 10 USD za sztukę, zaś wszechobecność telefonii komórkowej rozszerza możliwości technologii IoT, to proces obsługi towarów stał się bardziej systematyczny, umożliwiając precyzyjne ich pobieranie z półek i pakowanie. Raporty sugerują, że pracownicy magazynów wykorzystujący technologię AR poprawili swoją dokładność wybierania towarów nawet o 300% oraz przyśpieszyli swoje działanie o 30%.

Przyszłość technologii AR i VR

Rozszerzona i wirtualna rzeczywistość są obecnie poddawane konwergencji z technologią Internetu Rzeczy, tworząc tzw. mieszaną rzeczywistość (ang. mixed reality – MR), która ma zapewnić w przyszłości bardziej płynne i realistyczne doświadczenia. Działy badawczo-rozwojowe firm z branży są w trakcie prac nad miniaturyzacją urządzeń AR, VR i MR, tworzeniem układów zasilania, pozwalających na przedłużone używanie tych urządzeń przed kolejnym ładowaniem baterii oraz zwiększaniem elastyczności komponentów w celu umożliwienia ich użytkowania w różnych środowiskach, takich jak w niskich lub wysokich temperaturach albo pod wodą.

Dzięki sieciom komórkowym 5G, które mają być wprowadzone w okresie najbliższych dwóch lat, organizacje mogą wkrótce oczekiwać redukcji swoich kosztów łączności mobilnej, poniesionych w celu masowego wdrożenia technologii AR i VR. Urządzenie realizujące doznania VR, takie jak HMD (ang. head mounted display, wyświetlacz nagłowny), wyświetlające obraz o wysokiej rozdzielczości i kącie widzenia 360 stopni, wymaga strumieni danych o natężeniu od 80 do 100 Mbit/s, co oznacza, że do szybkiego uruchamiania aplikacji AR i VR konieczne są bezprecedensowe ilości danych przesyłanych w sieci.

O ile ceny samych urządzeń wynoszą obecnie do 3000 USD, to aktywny ekosystem innowacji ostatecznie pomoże doprowadzić do spadku cen urządzeń i technologii, czego wynikiem będzie ich masowa adaptacja w fabrykach.

Ramkumar V jest szefem grupy zajmującej się aplikacjami inżynierskimi i rozwiązaniami testującymi w firmie L&T Technology Services.