Wirtualna rzeczywistość w przemyśle

W 2019 r., praktycznie na każdych targach przemysłowych, zobaczyć można było stanowiska z goglami VR, gdzie prezentowano możliwości wykorzystania technologii wirtualnej rzeczywistości w przemyśle. Wirtualna rzeczywistość to technologia pozwalająca na wykreowanie sztucznego obrazu przestrzeni, przedmiotów i zdarzeń. Obecnie wirtualne światy uzyskujemy przez komputerowe generowanie trójwymiarowych efektów akustycznych i stereoskopowych obrazów 3D, które to obrazy są oddzielnie prezentowane (z lekkim przesunięciem) lewemu i prawemu oku. Po ich złożeniu nasz mózg tworzy trójwymiarowy obraz nieistniejącego realnie świata, np. z gry czy programu CAD lub profesjonalnej aplikacji do renderingu 3D w czasie rzeczywistym.

Oczywiście, aby efekt był realistyczny, należy odciąć wszystkie zewnętrzne bodźce świetlne, dlatego niezbędnym elementem technicznym są tzw. gogle VR bądź też, praktycznie już niestosowane, specjalne wirtualne hełmy. W obu przypadkach urządzenia nie tylko nie przepuszczają światła z zewnątrz, ale wyświetlają na dwóch wbudowanych w nie ekranach (lub na jednym, podzielonym na dwie części) przygotowywane w czasie rzeczywistym przez komputer stereoskopowe obrazy 3D. W goglach znajduje się regulowany zestaw soczewek, które dopasowują obraz do rozstawu oczu i wad wzroku użytkownika. Za wrażenia słuchowe odpowiadają zwykłe słuchawki.

Na wirtualną rzeczywistość możemy również wpływać w sposób interakcyjny, korzystając ze specjalnych kontrolerów, padów lub dżojstików. Dzięki nim wszystkie nasze poczynania są bardzo dokładnie lokalizowane w wirtualnej przestrzeni. W ten sposób możemy swobodnie przesuwać przedmioty, otwierać drzwi, czy np. rozbierać na części pierwsze silnik, dodawać wirtualne mechanizmy, czy sprawdzać ich wzajemne działanie. Dodatkowo kierunek patrzenia i wszystkie ruchy głową są określane na bieżąco dzięki wbudowanym w gogle żyroskopom i akcelerometrom. Kąt obrotu i pochylenie głowy są natychmiast precyzyjnie wyliczane i przekładają się w czasie rzeczywistym na to, co widzimy i na to, co się dzieje w naszej wirtualnej rzeczywistości.

Nie tylko VR

Wirtualna rzeczywistość to nie jedyna sztuczna rzeczywistość, która może być wykorzystywana w przemyśle – dwie pozostałe, to poszerzona/rozszerzona rzeczywistość AR (Augmented Reality) i poszerzona wirtualność AV (Augmented Virtuality), nazywana też znacznie częściej mianem rzeczywistości mieszanej MR (Mixed Reality). Pod pojęciem rozszerzonej wirtualności należy rozumieć generowanie obrazów wirtualnych z dodatkiem realnych elementów. Tego typu techniki wykorzystuje się przede wszystkim w przemyśle filmowym, gdzie do wygenerowanego komputerowo obrazu dodaje się, oczywiście również komputerowo, zarejestrowane kamerą filmową postacie aktorów, zwierząt, realnych przedmiotów itp.

Bardzo dobrym przykładem rozszerzonej wirtualności są reklamy samochodów lub specjalne prezentacje dla klientów dotyczące np. budowanej fabryki, linii produkcyjnej, statku czy samolotu. Obraz wirtualny generowany jest na podstawie danych pochodzących wprost z programu CAD, a do tego dodawane są żywi ludzie, zwierzęta, elementy krajobrazu, sąsiednie budynki, droga itp.

Z przemysłowego punktu widzenia, a zwłaszcza z punktu widzenia służb utrzymania ruchu, najbardziej przydatną technologią wirtualnego generowania obrazów, jest rozszerzona rzeczywistość, czyli Augmented Reality. W rzeczywistości rozszerzonej do obrazu realnego świata rejestrowanego przez kamerę dodaje się wirtualne elementy 2D lub 3D, które generowane są w czasie rzeczywistym przez komputer. Mogą to być zarówno przedmioty, różnego rodzaju postacie (jak w przypadku słynnej gry Pokémon GO, polegającej na łapaniu na ekranie smartfona w realnej rzeczywistości animowanych pokemonów), jak i schematy czy dymki informacyjne – dokładnie takie, jak w komiksach. Elementy na takiej łączonej scenie mogą być również w pełni interakcyjne – wystarczy zastosować np. standardowe, wirtualne gogle lub system śledzenia ruchu i oczu w smartfonie, aby można było wygenerować obraz pod odpowiednim kątem widzenia.

Jakie zastosowania VR i AR oferuje system AIDAR? Małgorzata Strzelbicka, VP Kogifi Consulting Group Pracując nad systemem AIDAR wyszliśmy z założenia, że będzie obsługiwał zarówno systemy wspierające wirtualną rzeczywistość, jak i rzeczywistość rozszerzoną. Wprowadziliśmy system wirtualnej rzeczywistości, który umożliwia przeszkolenie wielu pracowników w tym samym czasie. Wykazujemy jednocześnie, że technologia ta ma ogromny wpływ na przyśpieszenie procesu edukacji inżynierów oraz pracowników pracujących na linii produkcyjnej. Z drugiej strony pracujemy też nad wykorzystaniem systemów rozszerzonej rzeczywistości do zdalnego wsparcia pracowników pracujących w fabryce jednego producenta w różnych miejscach. Oznacza to, że w przypadku awarii jednego narzędzia czy urządzenia, konsultant czy wsparcie zewnętrzne producenta podzespołu, który mógł się popsuć, nie musi dojeżdżać faktycznie na miejsce awarii, aby ją zlikwidować. Może wykonać taką naprawę zdalnie. Oba systemy pod naszą marką AIDAR umożliwiają symultaniczną pracę kilku osób, co przyczynia się do efektywnej kooperacji pracowników, którzy niekoniecznie pracują razem w tej samej fabryce, ale w kilku w różnych lokalizacjach geograficznych.

Zastosowania Augmented Reality

Okazuje się, że poszerzona rzeczywistość nie jest żadną nowością technologiczną. Prace nad technologiami AR rozpoczął w latach 60. ubiegłego wieku pionier grafiki komputerowej, amerykański inżynier Ivan Sutherland wraz ze studentami z Uniwersytetu Harvarda i Uniwersytetu w Utah. Lata 70. i 80. to głównie rozwijanie technologii AR na potrzeby sił powietrznych USA i NASA. Wówczas jednak nikt nie stosował nazwy poszerzona/rozszerzona rzeczywistość.

Nazwa ta pojawiła się na początku lat 90., kiedy to Thomas Caudell, zatrudniony w firmie Boeing, pracował nad technologią obrazowania, którą można by było wykorzystać przy produkcji samolotów jako pomoc dla monterów prowadzących kable elektryczne. W systemie tym wirtualne przewody oraz ich opisy wyświetlane były na ekranach umieszczonych w specjalnych wirtualnych okularach wyposażonych w kamerę. Oczywiście wirtualny obraz przewodów oraz opisy dodawane były przez komputer do obrazu rzeczywistego rejestrowanego przez kamerę – tak narodziła się współczesna technologia AR. Co ciekawe, technologia ta umożliwiła zwiększenie wydajności pracy o 30%.

W ciągu ostatnich kilkunastu lat znaczny spadek cen sprzętu komputerowego do obrazowania pozwolił na zintensyfikowanie prac nad technologiami AR. Przełom nastąpił po pojawieniu się na rynku smartfonów, na które, dzięki wbudowanym kamerom, akcelerometrom, modułom GPS, stałej łączności z Internetem oraz mocnym procesorom, bardzo łatwo pisze się aplikacje rozszerzonej rzeczywistości.

AR dla każdego

Zasada działania systemów Augmented Reality jest prosta. Wykorzystują one moduł GPS smartfona do dokładnego określenia naszej pozycji. Następnie wystarczy skierować obiektyw na interesujący nas obiekt, ulicę lub budynek, aby program do wyświetlanego na obrazie ekranu dodał w postaci opisów umieszczanych w komiksowych dymkach informacje o widocznym na ekranie obiekcie. W przypadku aplikacji komercyjnych, mogą być to informacje o zabytkach, dane pokazujące lokalizacje hoteli, bankomatów, restauracji itp. Coraz częściej do obrazu dodawane są rysunki i animacje, tym bardziej, że moc obliczeniowa i jakość grafiki generowanej przez współczesne smartfony jest bardzo dobra. Co więcej, dane lokalizacyjne umożliwiają pobranie z internetowego serwera informacji o wszystkich obiektach znajdujących się dookoła użytkownika, a program może je w odpowiedniej chwili wyświetlić na ekranie.

Najbardziej znaną platformą do zastosowań komercyjnych jest Wikitude. Dzięki dostępności pakietu SDK, można ją wykorzystać do własnych potrzeb. Podstawową zaletą należącej do platformy aplikacji Wikitude App (dostępna jest w Google Play i App Store) jest to, że umożliwia użytkownikom łatwe korzystanie z projektów AR stworzonych w dostępnym m.in. on-line pakiecie Wikitude Studio Editor.

Co więcej, aby opracować i zaimplementować taki obiekt rozszerzonej rzeczywistości nie potrzeba jakichkolwiek umiejętności programistycznych – wystarczy dosłownie kilka kliknięć. W ten sposób można tworzyć i publikować wirtualne obiekty, które będą osadzane np. w czasopismach, na plakatach reklamowych, czy etykietach używanych w logistyce. Wystarczy na nich umieścić odpowiedni znacznik/kod, który rozpozna program.

Dzięki tego typu znacznikom, lub wykorzystując techniki rozpoznawania obrazu, można nałożyć na realny obraz trójwymiarowe lub dwuwymiarowe wirtualne obiekty. Znacznik ten jest też najczęściej punktem odniesienia w przestrzeni dla nakładanego obiektu 2D/3D. Nakładanym obrazem może być np. instrukcja serwisowa, model 3D montowanej części, reklamowany produkt, informacja turystyczna, repertuar teatru – słowem cokolwiek, co jest nam potrzebne.

W praktyce przemysłowej w aplikacjach AR najczęściej korzysta się po prostu z kodów kreskowych lub QR kodów, które standardowo nanosi się na części, podzespoły lub opakowania. Kamera odczytuje taki kod, system rozpoznaje i z bazy danych, za pośrednictwem Internetu, może być przesłana np. pełna instrukcja serwisowa wraz z modelem 3D, nakładanym na realny obiekt pokazującym, krok po kroku, jak zdemontować i wymienić część.

W tym miejscu warto zaznaczyć, że platforma Wikitude dysponuje własną technologią SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), która umożliwia rozpoznawanie i śledzenie obiektów, a także śledzenie i nakładanie obiektów 2D/3D bez użycia markerów, co jest niezmiernie istotne dla służb utrzymania ruchu, zwłaszcza przy serwisowaniu starszych maszyn i urządzeń. Technologia ta używana jest również do analizowania ruchu autonomicznych robotów i śledzenia trajektorii przemieszczających się obiektów.

Jakie jest praktyczne zastosowanie platformy FIELD? Marek Czarzbon, Co-CEO Kogifi Consulting Group Linie produkcyjne w kombinacji z IoT potrafią indywidualnie traktować każdy produkt przepływający między maszynami. Obrabiarki, frezarki, roboty wiedzą dokładnie, jaki produkt aktualnie się w nich znajduje i w jaki sposób zmienić proces jego obróbki. To daje dużą elastyczność, a duża elastyczność pozwala na pełne wykorzystanie maszyn, a tym samym osiągać większe zyski. Linia produkcyjna to nie tylko maszyny, ale także obsługujące je osoby, utrzymanie ruchu, serwis. Okulary AR, w zależności od produktu i etapu produkcji, prezentują instrukcje, które mają wykonać pracownicy. Pomaga to doskonale dostosować produkcję do jej zdigitalizowanej postaci, zgodnie z koncepcją Przemysłu 4.0. Platforma Systemowa FIELD firmy FANUC pozwala na integrację maszyn różnych producentów, zbierając dane z sensorów i udostępniając zasoby Big Data. FIELD pozwala jednocześnie na kontrolowanie maszyn w zależności od potrzeb. Cała usługa oferowana jest jako tzw. Edge Computing, czyli Managed Service, ale w wewnętrznej sieci danej firmy, nie w chmurze. Ta kombinacja jest doskonałym narzędziem, aby zabezpieczyć pełne wykorzystanie maszyn z jednoczesnym utrzymaniem jakości i dbałością o koszty. Tu widzimy wielki potencjał w naszym partnerstwie dla wspólnych klientów.

Zapewnienie jakości i utrzymanie ruchu

Jak można się domyślić, AR może też odgrywać ważną rolę w kontroli jakości wyprodukowanych lub zmontowanych wyrobów. Obecnie przemysł motoryzacyjny i lotniczy wdraża gogle i tablety z oprogramowaniem rozszerzonej rzeczywistości, które wykorzystywane jest do kontroli jakości części dostarczanych przez firmy zewnętrzne. Rozszerzono też zastosowania związane z kontrolą poprawności montażu i rozmieszczenia różnych podzespołów. Firmy z branży motoryzacyjnej, które zastosowały tablety z systemami AR w miejsce tradycyjnych instrukcji roboczych, informują, że dzięki temu liczba błędów zmalała o 90%, a czas cyklu montażowego skrócił się o 40–50%.

Technologię rozszerzonej rzeczywistości, podobnie jak VR, o czym za chwilę, wykorzystuje się także do tworzenia modeli produktów i wizualizacji umożliwiających stworzenie wirtualnego produktu zanim zostanie on faktycznie wyprodukowany. Daje to możliwość oceny, czy produkt będzie spełniał wszystkie założone kryteria i wymagania dotyczące ergonomii, bezpieczeństwa oraz funkcjonalności, a także pozwala na wcześniejsze przeszkolenie pracowników i serwisantów, nawet jeśli pracują na drugim końcu świata. Co więcej, nawet w przypadku produktów dostępnych w sprzedaży, serwisant, nawet jeśli nie miał wcześniej do czynienia z daną maszyną lub urządzeniem, bez problemu dzięki systemowi wirtualnych podpowiedzi i animacji, będzie wiedział na miejscu u klienta jak wymienić dany element. Jak widać redukcja kosztów dzięki systemom AR może być znaczna.

Firma Airbus, korzysta w procesie wytwórczym z systemu rzeczywistości mieszanej i aplikacji MiRA (Mixed Reality Application), która integruje cyfrowe makiety w systemie produkcyjnym. W ten sposób wyeliminowano konieczność szczegółowego manualnego sprawdzania integralności wszystkich komponentów, przenosząc ten proces – za pomocą czujników i kamer zamontowanych w kadłubie samolotu – do cyfrowej rzeczywistości. Jak twierdzi Airbus, MiRA skróciła czas potrzebny do sprawdzenia 60–80 tysięcy wsporników w kadłubie samolotu A380 z trzech tygodni do trzech dni.

Duże nadzieje w tej technologii pokłada m.in. grupa Volkswagen, która planuje wykorzystać ją na szeroką skalę w fabryce SAIC w Szanghaju – wyspecjalizowanej w produkcji elektrycznych samochodów. Zakład zaprojektowano w taki sposób, aby spełniał założenia Przemysłu 4.0. Z tego powodu duży nacisk położono na wykorzystanie technologii usprawniających i automatyzujących produkcję, w tym technologii AR.

Wirtualna rzeczywistość w przemyśle

Przejdźmy teraz do wirtualnej rzeczywistości i zastanówmy się, kiedy wirtualny świat może w pełni sprawdzić się w przemyśle. Po pierwsze wirtualna rzeczywistość może służyć do planowania hal fabrycznych i linii produkcyjnych, a także kontroli działania robotów. Korzystając z wirtualnych gogli i danych z systemu CAD/CAM można przejść się po fabryce i przyjrzeć pracy linii produkcyjnej zanim zostanie ona fizycznie wybudowana, a linie zestawione. Łatwo w ten sposób wychwycić wszystkie błędy związane ze złym rozmieszczeniem maszyn i urządzeń czy elementów wyposażenia hali. Łatwo też sprawdzić, czy wyznaczone drogi transportu wewnętrznego i ciągi piesze są optymalne.

Technologia wirtualnej rzeczywistości wykorzystywana jest także do monitorowania linii produkcyjnych i całych istniejących fabryk. Wirtualnego bliźniaka wykorzystuje się do monitorowania danych w czasie rzeczywistym i na ich podstawie do optymalizowania procesu. Jest to jedna ze standardowych technologii stosowanych przede wszystkim przez duże przedsiębiorstwa produkcyjne i firmy z branży motoryzacyjnej i lotniczej.

Co ciekawe, jeden z producentów w branży motoryzacyjnej, a mianowicie europejska filia Forda, wdrożył technologie produkcji wirtualnej w celu zaprojektowania bezpiecznego i wydajnego środowiska pracy. Wykorzystano technologię VR sprzężoną z techniką motion capture (przechwytywanie i cyfryzacja trajektorii ruchów ciała) i drukiem 3D. Pozwoliło to na optymalizację miejsc pracy i zmniejszenie liczby wypadków podczas pracy, związanych ze zranieniem ludzi o 70%. Ograniczono też problemy ergonomiczne pracowników o 90%.

Oprogramowanie do wizualizacji 3D, wykorzystujące technologię VR, pomaga zmniejszyć koszty prototypowania i pozwala usprawnić proces analizowania i ulepszania projektów na podstawie uwag potencjalnych klientów po wirtualnej prezentacji gotowego wyrobu. W ten sposób skrócić można czas opracowania produktu i przyspieszyć jego wprowadzenie na rynek.

Koncern Toyota korzysta z systemu VR w dziale projektowym. Dzięki temu inżynierowie mogą przyjrzeć się prototypowym modelom w wirtualnej rzeczywistości, w naturalnej skali. Wykorzystywane oprogramowanie pozwala przenieść gotowy model z programu CAD do świata VR i sprawdzić, jak prezentuje się w docelowej wielkości. Technologia VR pozwala także przetestować prototypy na wirtualnym torze, zanim zleci się wykonanie jego fizycznej wersji.

Jeśli chodzi o roboty, to w wirtualnej przestrzeni również łatwiej zaprojektować i zoptymalizować gniazdo produkcyjne, a także wyznaczyć optymalne trasy ruchu ramienia robota bez narażania się na wielokrotne, kosztowne próby w rzeczywistym świecie.

VR i AR – czy tylko usprawniają szkolenia pracowników? Simon Wegner, Delivr Poland sp. z o.o. Wirtualna rzeczywistość (VR) i rzeczywistość rozszerzona (AR) to technologie, które bardzo długo szukały swojego miejsca w branżach innych niż rozrywka czy marketing. Idealnym miejscem dla tych technologii okazał się sektor szkoleniowy, gdzie rozwiązania VR i AR nie tylko znacznie usprawniają efektywność szkolenia, ale pozwalają też na znaczną redukcję jego kosztów. Świetnym przykładem są szkolenia z obsługi czy serwisu maszyn pracujących na produkcji. Jak dotąd, szkolenia w tym zakresie wymagały zatrzymania na jakiś czas linii produkcyjnej, co generowało w firmach olbrzymie koszty. Technologia VR umożliwia symulację wszelkich procedur związanych z obsługą czy serwisem danej maszyny w trójwymiarowym środowisku. Każdy ruch naszego ciała zostaje precyzyjnie odtworzony w symulacji za pomocą sprzętu VR. Dzięki tej technologii, możemy wiernie oddać wszelkiego rodzaju procedury i przeszkolić pracowników z danego zakresu w ciekawy i angażujący sposób. Natomiast technologia AR świetnie sprawdza się w codziennej pracy techników – dzięki algorytmom rozpoznawania obiektów, możemy nanieść na realną maszynę cały szereg informacji dodatkowych i materiałów multimedialnych, które zobaczymy kierując na jej elementy kamerę telefonu, tabletu lub gogli rozszerzonej rzeczywistości. Najbardziej popularnym zastosowaniem tej technologii są interaktywne książki serwisowe, dzięki którym praktycznie każdy technik może dokonać montażu lub serwisu urządzenia bez wcześniejszego szkolenia – wszystkie informacje pojawią się przed jego oczami na elementach realnej maszyny, a specjalnie zaprojektowana aplikacja przeprowadzi pracownika przez cały proces krok po kroku.

Szkolenia

Obecnie VR w przemyśle wykorzystuje się również podczas prowadzenia szkoleń. Oczywiście dominują tu szkolenia techniczne związane z symulacją różnych procesów. W ten sposób przeszkolić można pracowników, którzy muszą przetrenować ręcznie wykonywane czynności lub opanować procesy produkcyjne. Podstawową zaletą systemów VR jest to, że można zasymulować warunki niebezpieczne, a z drugiej strony podczas szkolenia nie blokujemy w fabryce linii produkcyjnej.

Dla przykładu, urządzenie szkoleniowe VRTEX 360 produkowane przez Lincoln Electric, pozwala ćwiczyć techniki spawania w symulowanym, wirtualnym środowisku. Dzięki temu osoba szkolona ma realistyczne odczucia związane z dźwiękiem i obrazem. Producent urządzenia VRTEX we współpracy z Iowa State University porównał tradycyjne szkolenia spawalnicze z tymi wykorzystującymi technologię VR. Uzyskane wyniki wskazują, że w przypadku wirtualnego szkolenia nie tylko skrócono czas szkolenia i zmniejszono jego koszty, ale uzyskane efekty szkoleniowe są lepsze o 50%.

Z kolei Volkswagen wdraża, we wspomnianej fabryce SAIC, innowacyjne procesy szkoleniowe dla pracowników linii produkcyjnych oraz działu logistyki, które odbywają się w wirtualnej rzeczywistości. Firma dysponuje kilkudziesięcioma symulatorami, z których już korzysta 10 tys. pracowników. Koncern liczy na to, że dzięki goglom VR poprawi efektywność szkoleń wewnętrznych. Istotne jest to, że pracownicy będą mogli się bezpośrednio zmierzyć z konkretnymi problemami, które byłyby nie do zasymulowania na linii produkcyjnej bez doprowadzenia do jej poważnej awarii.

Sprzęt AR

Na koniec zajmijmy się sprzętem stosowanym w systemach AR i VR. Najprostszym urządzeniem jest smartfon lub tablet. Oba idealnie nadają się do użycia w systemach rozszerzonej rzeczywistości lecz mają również swoje wady – nie przydadzą się w sytuacji serwisowej lub montażowej, gdy musimy mieć obie ręce wolne. Wówczas korzysta się ze specjalnych okularów.

Tego typu przemysłowy sprzęt produkowany jest m.in. przez firmę Epson, a do najbardziej znanych na rynku konsumenckim należą z pewnością Microsoft Hololens i Google Glass czy nowy Lenovo ThinkReality A6. Epson ma w swojej ofercie dwa modele przemysłowe swoich okularów – Moverio Pro BT-2000 oraz Moverio Pro BT-2200.

Stereoskopowe okulary firmy Epson wyposażono w przezroczysty wyświetlacz HD, funkcję 3D oraz przednią kamerę stereo z rozdzielczością 5 Mpx i trójwymiarowe wykrywanie głębi, które rozpoznaje wymiary obiektów oraz ich położenie względem siebie. Wytrzymała konstrukcja oraz certyfikat IP54 sprawiają, że okulary te można stosować w trudnych warunkach, nawet w otwartym terenie. Oprócz systemu GPS urządzenie ma wbudowane inercyjne urządzenie pomiarowe, które pozwala na dokładne wykrywanie ruchów pracowników. Dodatkowo precyzję określania położenia w pomieszczeniach zwiększają technologia Bluetooth LE, sygnał GPS i Wi-Fi. Istotne jest to, że stosowanie okularów nie wymaga użycia rąk – reagują na polecania głosowe.

W których obszarach przemysłu są praktycznie stosowane systemy VR i AR? Jędrzej Kowalczyk, prezes zarządu FANUC Polska Systemy VR i AR to synonim optymalizacji produkcji, zarówno w obszarze parków maszynowych, jak i zespołów ludzkich. Zdaniem ekspertów przy zastosowaniu tych nowoczesnych technologii usprawnienie pracy pracowników może sięgać nawet 90%. Rozwiązania rozszerzonej rzeczywistości stanowią nieocenioną pomoc dla pracowników fabryk odpowiedzialnych za monitorowanie różnych obszarów produkcji, m.in. kontroli jakości produktu, wydajności produkcji, statusu maszyn produkcyjnych i współpracujących z nimi robotów. Dzięki połączeniu architektury rozproszonych zasobów IT (np. FANUC FIELD System) oraz „inteligentnych okularów”, stanowiących główny komponent AR, operatorzy i zarządzający produkcją zyskują dostęp do Big data, czyli różnorodnych danych oraz wynikających z nich informacji, co stanowi podstawę analizy parametrów procesów i ich optymalizacji, a w ostatecznym rozrachunku decyduje także o zyskach z produkcji. Z punktu widzenia dostawcy maszyn i robotów przemysłowych muszę podkreślić wsparcie, jakie te systemy zapewniają służbom utrzymania ruchu – zarówno po stronie klienta, jak i serwisu producenta. Nieograniczony wgląd do schematów, instrukcji czy rysunków technicznych poszczególnych urządzeń w czasie rzeczywistym to ogromna oszczędność czasu i pieniędzy, brak przestojów produkcji, a także możliwość lokalnego realizowania wymaganych działań przeglądowo-serwisowych, nawet przez osoby nieposiadające wiedzy technicznej. Rozwiązania tego typu mają ogromny wpływ na podniesienie poziomu elastyczności linii produkcyjnych, ponieważ osoby pozbawione wiedzy o maszynach czy robotach, ale korzystające z okularów, mogą w każdej chwili wykonywać czynności obsługowe, zmieniać parametry procesów i uruchamiać nowe programy związane m.in. z produkcją innego asortymentu.

Gogle VR

Jeszcze do niedawna wirtualna rzeczywistość była technologią, która stanowiła rynkowy margines. Sytuacja zaczęła się zmieniać w 2011 r. Wówczas to firma Oculus VR dzięki prototypowi gogli Oculus Rift zapoczątkowała wirtualną rewolucję. W 2014 r. Oculus VR został przejęty przez Facebooka i ten społecznościowy gigant bardzo mocno rozwija technologię VR. Obecnie na rynku dostępnych jest bardzo dużo różnego rodzaju gogli VR (w polskich sklepach naliczyłem 25 modeli), w tym modele przewodowe i bezprzewodowe, które z komputerem generującym wirtualne światy komunikują się bezprzewodowo. Niemniej na rynku zastosowań profesjonalnych liczą się tak naprawdę dwa rozwiązania HTC Vive i Oculus Rift – oba modele mogą bezpośrednio współpracować z profesjonalnym oprogramowaniem, w tym oprogramowaniem CAD i PLM.

Oba systemy doczekały się następców – są to modele HTC Vive Pro, HTC Cosmos oraz Oculus Rift S i Oculus Quest. Oculus Rift S to odświeżenie starszego modelu. Nadal są to okulary przeznaczone do współpracy z komputerem i nadal wymagają do działania przewodu łączącego komputer z goglami. Model Rift S nie wymaga zewnętrznych kamer do śledzenia przemieszczeń, a cały system śledzenia ruchów jest wbudowany wprost w gogle. Wbudowany ekran ma większą rozdzielczość (2560 px × 1440 px, zamiast 2160 px × 1200 px) i użyto do ich budowy lepszych soczewek.

Z kolei Oculus Quest to samodzielne Gogle VR, które do pracy nie potrzebują połączenia ze smartfonem, ani z pecetem. Jest to niezależny sprzęt z własnym procesorem Qualcomm Snapdragon 835 i pamięcią. Wymagają więc stworzenia własnego oprogramowania, co może być kłopotliwe w przypadku zastosowań przemysłowych, ale daje dużą samodzielność – zwłaszcza przy wykorzystywaniu gogli do szkoleń. Akumulator urządzenia wystarcza na około trzy godziny pracy. Gogle nie wymagają żadnych zewnętrznych kamer, a wszystkie elementy potrzebne do śledzenia ruchów są w nie wbudowane.

HTC Vive Pro to również udoskonalona wersja poprzedniego modelu Vive, wymagająca jednak wciąż zewnętrznych kamer do śledzenia ruchów użytkownika. Podstawową modyfikacją jest lepszy ekran i optyka – 2880 px × 1600 px, zamiast 2160 px × 1200 px. HTC Cosmos to odpowiedź tajwańskiej firmy na Oculus Rift S. Gogle wszystkie elementy do śledzenia ruchu mają już wbudowane i nie wymagają zewnętrznych kamer – wykorzystywane jest sześć umieszczonych w ich obudowie kamer. Urządzenie wyposażone zostało w dwa ekrany o przekątnej 3,4 cala. Każdy z nich ma rozdzielczość 1440 px × 1700 px, co daje rozdzielczość 2800 px × 1700 px. To o 88% więcej niż w HTC Vive pierwszej generacji. Obraz generowany jest z częstotliwością 90 klatek na sekundę, a pole widzenia wynosi 110°. HTC Vive Cosmos zostały zaprojektowane tak, by można było w szybki i wygodny sposób odchylić gogle i spojrzeć na rzeczywisty świat bez konieczności ich zdejmowania. Jest to istotne z punktu widzenia szkoleń. W przypadku zastosowań przemysłowych istotna jest również możliwość dokupienia bezprzewodowego adaptera HTC Vive Wireless Adapter, który pozwoli uwolnić się od kabli łączących gogle z komputerem.

Korzyści wynikające ze stosowania rozszerzonej rzeczywistości

• Uproszczenie wymiany informacji – dzięki AR możliwe jest bezpośrednie zgłaszanie problemów inżynierom procesu i działom utrzymania ruchu, a także dokonywania drobnych napraw na miejscu przez pracowników produkcyjnych, bez zakłócania produkcji;
• Skrócenie czasu przestojów – szybszy dostęp do informacji serwisowych, skanując kody QR można na bieżąco mieć dostęp do materiałów wideo, grafik czy animacji ułatwiających serwisowanie bądź naprawę urządzenia;
• Wyświetlanie bieżących danych – informacje dotyczące maszyny i przebiegu procesu produkcyjnego mogą być wyświetlane w czasie rzeczywistym w postaci czytelnych wykresów;
• Przyspieszenie montażu – wirtualne grafiki obrazują, jak dana część ma być zamontowana lub zdemontowana. W ten sam sposób można przedstawić procedury montażowo-testowe trudne do opisania w formie tekstowej;
• Dostęp do zasobów wiedzy – łatwy dostęp do zasobów, instrukcji obsługi czy podręczników użytkownika, zwłaszcza podczas prac wykonywanych w terenie;
• Łatwe raportowanie – do raportów można dodawać zdjęcia czy filmy przedstawiające bieżącą sytuację. W ten sposób może też ulec poprawie komunikacja między członkami zespołu, zwłaszcza podczas prac w oddalonych od siebie lokalizacjach.

Telefon zamiast gogli VR

Najprostszy i najtańszy zestaw do wirtualnej rzeczywistości to tekturowe pudełko z kieszonką na smartfona, tzw. cardboard, które zaproponowała firma Google. Takie gogle można nabyć dosłownie za kilkanaście złotych w Internecie lub zrobić własnoręcznie wg instrukcji umieszczonej na stronie Google i po pobraniu odpowiedniej aplikacji cieszyć się wirtualną rzeczywistością. Należy jednak pamiętać, że za wszystkie obliczenia związane z generowaniem wirtualnej rzeczywistości odpowiada tu wyłącznie smartfon, a od jakości ekranu i jego wydajności zależeć będzie, jaki obraz ujrzymy naszymi oczami.

Największą zaletą rozwiązań typu cardboard jest to, że umożliwiają wstępne zapoznanie się z wirtualną rzeczywistością i sprawdzenie, czy ta technologia przyda nam się w zastosowaniach profesjonalnych. Następnie można kupić droższe, bardziej profesjonalne urządzenie. W sprzedaży dostępne są też plastikowe wersje cardboardowych gogli VR, z lepszymi soczewkami, do których można również podłączyć dowolny smartfon. Na tym pomyśle bazuje też konstrukcja gogli Gear VR firmy Samsung. Jest to obecnie najbardziej profesjonalny sprzęt VR dostępny na rynku, który przy wyświetlaniu wirtualnej rzeczywistości korzysta z ekranu telefonu komórkowego. Niestety Gear VR współpracują tylko z telefonami Samsunga.

źródło: Automatyka 12/2019