Az egyre inkább összekapcsolt iparágban számos folyamat virtuálisan leképezhető. A „vegyes valóság” az ipari gyártás minden területe számára érdekes – az üzemtervezéstől az ügyfélkapcsolatig. Ezért a kiterjesztett valóság (AR) nemcsak a játék-, szórakoztató- és távközlési iparágak számára fontos, hanem az Ipar 4.0 számára is.
Vegyes valóság, virtuális valóság és kiterjesztett valóság
Amikor az ipar 4.0 digitális eszközeiről van szó, a kiterjesztett és virtuális valóság alkalmazások rendszeresen szerepelnek az említett lehetőségek között. Sok más technológiával összehasonlítva azonban hatásuk csekélynek tekinthető.
A Deloitte Insights Readiness Report 2020-as eredményeit áttekintve kiderül, hogy mely technológiák bírnak nagyobb jelentőséggel a vállalatok számára:
- A Dolgok internetét (IoT), a mesterséges intelligenciát (MI), a felhőinfrastruktúrákat, valamint a big data rendszert vagy big data elemzéseket nemzetközileg az ipar 4.0 legfontosabb pilléreinek tekintik.
- Ezt követi a nanotechnológia, a fejlett robotika és az érzékelők.
- A jelentés szerint a kiterjesztett valóság a 3D nyomtatással, a kvantum- és a peremhálózati számítástechnikával együtt a kevésbé releváns technológiák közé tartozik.
A virtuális eszközök használata azonban számos lehetőséget kínál a teljes ipari termelés számára.
Kiterjesztett valóság – mi ez?
A Pokémon Go játékalkalmazás sikere óta a kiterjesztett valóság a legtöbb ember számára ismerőssé vált. Az AR népszerű eszköz a valós világ és a digitális információ összekapcsolására, és gyakran használják számítógépes vagy videojátékokban, a közösségi média alkalmazások fotó- és videószűrőiben, illetve oktatási és tanulási projektekben.
A kiterjesztett valóság a következő lényeges feladatot teljesíti: Segítségével a valós környezetet digitális (vizuális vagy hang) elemekkel lehet kiegészíteni, illetve átfedni. Csak a szükséges felszerelésre van szükség. Mivel az alkalmazások speciális AR-szemüveggel, valamint mobileszközökkel, például okostelefonokkal és táblagépekkel is használhatók, a rendszer nagyon felhasználóbarát.
Az alapvető követelmények a következők:
- virtuális és valós tárgyak kombinációja valós környezetben,
- interaktív működés és
- a virtuális és valós tárgyak valós idejű regisztrálása egymással.
Különböző AR módszerek a vizualizációhoz
A jelölőket általában az AR-rendszerek működéséhez használják. Ezek segítenek a virtuális objektumok helyzetének és tájolásának helyes megítélésében a valós környezetben. Vannak olyan módszerek is, amelyek nem igényelnek jelölőket, mint például a Natural Feature Tracking (Természetes Tereptárgy-követés, NFT) vagy a Simultaneous Localisation and Mapping (szimultán helymeghatározás és térképezés, SLAM).
Ezeket a különböző rendszereket használják a megjelenítéshez:
- A fejre szerelt kijelzők (HMD) a híres szemüvegek vagy sisakok. Ezeket jellemzően teljesen virtuális környezetű VR-alkalmazásokhoz használják, de a kiterjesztett valósághoz is használhatók.
- A mobil kijelzők, azaz az okostelefonok és a táblagépek az ipari kontextuson kívül is ismertek. Néhány alkalmazásukról már az elején említést tettünk. A termelésben a mobil eszközök segítenek az összetett termékek vagy folyamatok egyszerű módon történő feltérképezésében.
- A Spatial Augmented Reality (térbeli kiterjesztett valóság, SAR) rendszerek másképp működnek, mivel projektorokat használnak. A virtuális elemeket közvetlenül a valós tárgyakra vetítik.
A térbeli számítástechnika az AR-alkalmazásokkal összefüggésben különböző virtuális rétegek egymásra helyezését jelenti. A szükséges adatokat például egy AR-felhőben kell tárolni. Így a vizuális ábrázolás összekapcsolható az érzékelőkből származó valós idejű adatokkal, a termelési mutatószámokkal vagy más IoT-objektumokból származó információkkal.
Előnye, hogy a vizualizáció ezen formája lehetővé teszi a kéz nélküli megoldásokat, ami azt jelenti, hogy a kézi munkafolyamatokat digitális információkkal ellátva vagy távoli asszisztensi rendszerek által irányítva lehet elvégezni.
Munka a vegyes valóságban
A kiterjesztett valóság a vegyes valóság része. A valós és a virtuális környezetek összekapcsolását írja le; a valósak a gyárcsarnokok, a gépek és a személyzet, a virtuálisak pedig a legkülönbözőbb forrásokból származó adatok.
Az AR-alkalmazások megmutatják, hogyan néz ki ez a kapcsolat a gyakorlatban. A kiterjesztett virtualitás a vegyes valóság egyik alkategóriája. Bár a kiterjesztett virtuális alkalmazások és eszközök a virtuális valósághoz hasonlóan a virtuális szintre összpontosítanak, mégis kapcsolódnak a valós környezethez.
Ezek fontos tényezőt jelentenek a tervezésben, mert például az új perifériák (például a kesztyűk) segíthetnek az ergonómiai és teljesítménymérések rögzítésében a munkahelyek tervezéséhez. A kiterjesztett valóság alkalmazási területei elsősorban a gyártás területén találhatók.
Az AR erősségei és gyengeségei a termelésben
Az ipari vállalatok szkepticizmusa az AR-alkalmazások gyártásban történő alkalmazásával kapcsolatban abból fakad, hogy nem lehetett kellőképpen felmérni a hatásukat. A kiterjesztett valóság nem valósítható meg a megfelelő technikai felszerelés nélkül, így a szükséges beruházásoknak pozitív hatást kell kifejteniük.
Együttműködő kutatási projekt vizsgálja az AR hatását
A Müncheni Műszaki Egyetem (TUM), a Wisconsin-Madison Egyetem és a mainzi állami kórház kutatócsoportja az AR hatását vizsgálta az ipari gyártásra (Seeing the Bigger Picture? Ramping up Production with the Use of Augmented Reality. Manufacturing & Service Operations Management 2022) közös terepkísérletekben. A projekt kérdései, amelyet egy technológiai vállalat végzett:
- Milyen gyorsan tanulnak meg a munkavállalók új feladatokat végezni AR-támogatással és anélkül?
- Számít a feladat összetettsége?
- Hogyan befolyásolják az AR-alkalmazások az alkalmazottak azon képességét, hogy javaslatokat tegyenek a folyamatok optimalizálására?
Az AR-alkalmazások termelékenységre gyakorolt hatása a legnyilvánvalóbb. A kutatók megfigyelték, hogy az AR-szemüveg segítségével még az összetett feladatokat is jelentősen gyorsabban lehetett elvégezni (átlagosan 44 százalékos időmegtakarítás). Még az egyszerűbb feladatok elvégzése is körülbelül 15 százalékkal kevesebb időt vett igénybe az AR-támogatással.
Az AR előnyeinek és hátrányainak helyes értékelése
Hátránya: a technikai segítségnyújtás csökkenti a tanulási hatást. A feladat elvégzéséhez szükséges információ nem szívódik fel olyan mélységben, mint az analóg munkavégzés során. Ez viszont az innovációs potenciálra is hatással van – a tanulmány eredményei szerint több hasznos fejlesztési javaslat érkezett attól a csoporttól, amelyik AR-technológia nélkül dolgozott.
A kutatók szerint az AR-alkalmazások a legnagyobb pozitív hatást azokon a területeken fejtik ki, ahol a folyamatok optimalizálása nagyrészt vagy teljesen befejeződött. Az AR olyan termelési területeket is támogat, ahol rövid ütemidőre van szükség, így növelve a termelékenységet.
Sok vállalat azonban rendkívül különböző felhasználási módokat talál az AR technológiákra az ipari gyártáson belül.
Az AR technológia alkalmazási területei az Ipar 4.0 területén
Bár az AR-alkalmazások az Ipar 4.0 más kulcsfontosságú iparágaihoz képest némi lemaradásban vannak, sok gyártó már használja a kiterjesztett valóságban rejlő lehetőségeket. Az alkalmazási területek nagyon változatosak, és korántsem korlátozódnak a jól koordinált termelési folyamatok még gyorsabbá tételére.
Támogatás összetett összeszerelési feladatokkal
Ahogy a Prof. Dr. David Wuttke által vezetett kutatócsoport fenti tanulmánya már megmutatta, az AR az összetett feladatok jelentős megkönnyítését jelenti. Ez a helyzet az összeszerelősorok esetében is, mivel a termékek és folyamatok egyre összetettebbé válnak.
Az alkatrészek sokaságát rendkívül precízen és időnyomás alatt kell összeszerelni. A kihívás ugyanaz marad, függetlenül a késztermék méretétől.
Az új termékek azonban megnehezítik az összeszerelést, ami késlelteti a folyamatokat. Ennek oka többek között az új összeszerelési útmutató és annak bemutatása. A PDF dokumentumok, amelyeket gyakran használnak a szükséges információk megszerzésére, túl sok időt vesznek igénybe.
AR-támogatással azonban az információ könnyen hozzáférhetővé és jól láthatóvá tehető. Az AR-támogatás hangvezérléssel történő használata szintén segít felgyorsítani a folyamatot, mivel a dolgozóknak szabad a kezük, és nem kell megszakítaniuk az összeszerelést a szükséges információk megszerzéséhez.
Az AR használatának ez a módja nem új, azonban a technológiai fejlődésnek köszönhetően a szükséges berendezések és a kapcsolódó szoftverek sokkal olcsóbbak, mint 20 évvel ezelőtt. Ennek eredményeképpen az ilyen AR-alkalmazásokat ma már szélesebb körben használják. A repülőgép-technológiában például, ahol az összeszerelés lényegesen nagyobb méretekben történik, kivetítőket használnak az egyes alkatrészek pontos helyzetének bemutatására.
A karbantartási folyamatok egyszerűsítése
A termelési létesítmények karbantartása gazdasági szempontból kritikus tényező. Az Ipar 4.0 célja a váratlan termelési leállások csökkentése a termelési létesítmények automatizálásával és karbantartásuk megtervezésével.
A nagyrészt vagy teljesen automatizált gépkarbantartás lehetőségei nélkül is központi szerepet játszik az idő. Ha a karbantartási eredményeket és célokat kézikönyvekbe kell átvinni, a folyamatok késnek, és a szükségesnél tovább tartanak.
Az AR technológiával a célok és eredmények összehasonlítása párhuzamosan történhet egy AR kijelzőn. Ebben az esetben a hangvezérlés is segít a kézikönyv egyszerű használatában, miközben a kezek szabadon maradnak.
A HoloLens technológia egyesíti a karbantartási szolgáltatást, a virtuális modelleket és a modern kommunikációs csatornákat. Így a karbantartó technikusok hozzáférnek minden lényeges információhoz (például műszaki adatok stb.), ezeket összehasonlíthatják a virtuális modellekkel, és a karbantartást szabad kézzel végezhetik.
A műszaki támogatásnak ehhez még csak nem is kell a helyszínen tartózkodnia: az összes szükséges vizsgálati lépés a HoloLens segítségével továbbítható a helyszíni technikusnak. Az AR-szemüveg két irányban működik:
- A helyszínen lévő szakember a kijelzőn keresztül látja a pontos utasításokat a szakszerű karbantartáshoz, és pontos, lépésről lépésre történő utasításokat kap.
- A központban lévő támogató csapat a szemüvegen keresztül közvetlen rálátással rendelkezik, és távolról is elvégezheti a karbantartást.
A modellekből származó adatokkal együtt az ilyen beavatkozásokat előre meg lehet tervezni és sokkal gyorsabban be lehet fejezni.
Az együttműködésen alapuló munkamódszerek előmozdítása
A HoloLens alkalmazás az AR-alkalmazások egy másik lehetőségét vetíti előre: a kollaboratív megoldások javítását és a szakértői tudáshoz való könnyebb hozzáférést. Ez megkönnyíti a karbantartási és szervizmunkák koordinálását és elvégzését, még nagyobb termelési környezetben is.
Az AR-technológia célja a szakképzett munkaerő hiánya miatt sok vállalatnál meglévő munkaerőhiány megszüntetése. Az AR-alkalmazásoknak köszönhetően a szakértők bárhonnan hívhatók anélkül, hogy a helyszínen kellene lenniük. Ezért már nem szükséges, hogy a szükséges szakértelem házon belül álljon rendelkezésre.
Az alkalmazottakat a szakemberek a távjelenlétnek és az üzemi helyzet közvetítésének köszönhetően irányíthatják. Az együttműködésnek ezen formája osztályokon, részlegeken és üzemeken átívelő lehet. Ez a tudásátadás akár képzési célokra is felhasználható – egyfajta „cselekedve tanulásként”, képzett műszaki személyzet közvetlen felügyelete mellett.
Az ügyfélkapcsolatok javítása
Hasonlóan a gyártók is használhatnak AR-alkalmazásokat az ügyfelek támogatására. Különösen akkor, ha olyan tanácsadásról van szó, amelyet a gép- és berendezésgyártóknak kell nyújtaniuk a bonyolult termékekhez.
Az AR technológia sokkal jobb vizualizációt tesz lehetővé – magukról a termékekről, az egyes alkatrészekről vagy a gépek és rendszerek működésbe való integrálásáról. Ezért a vásárlók nem csak arról kapnak képet, hogyan működik egy termék, hanem annak térbeli méreteiről is a kívánt helyen.
Ezenkívül a módosítási kéréseket közvetlenül az ügyféllel lehet megvitatni és átvinni a virtuális modellekbe.
Segítség a minőségbiztosításban
A termékek és alkatrészek virtuális modelljei az AR-eszközökkel együtt a minőségbiztosításban is használhatók. A kijelzők segítségével az eredeti és a modell összehasonlítható az átfedésen keresztül. Ha vannak eltérések a gyártó előírásaitól, ezeket közvetlenül az átfedésen lehet jelölni.
Ez a nagyobb projektekre is vonatkozik. Az Airbus vállalatnál például a vegyes valóság alkalmazásokat arra használják, hogy a technikusok számára teljes digitális modelleket és vázlatokat biztosítsanak, hogy a gyártás során ellenőrizni tudják a szerkezeti szerelvényeket. Ez segít jelentősen lerövidíteni az akár 80 000 konzol ellenőrzését.
A termelési területek jobb tervezése
Az AR-technológia segítségével a gyártási területek vagy teljes gyártóüzemek modelljei kivetíthetők a valós környezetre. Ily módon lehetőség nyílik a gépek, a raktárterületek, a szállítás, a közlekedés és a menekülési útvonalak tervezésének ellenőrzésére az üzembe helyezés előtt – és ezek optimalizálására, ha a helyszínen utólagos fejlesztések szükségessége merülne fel.
Alkalmazási példák AR-ra: Gyakorlati meglátások
Az AR-technológia fent leírt alkalmazási területei sok vállalatnál már nem csak elméleti megfontolások. Valójában már a mindennapi munka szerves részének tekintik őket.
Új gyártósorok telepítése a Toyota Motor Corporationnél
A Toyota Motor Corporation AR-alkalmazásokat használ az új és meglévő gyártósorok és gyárépületek karbantartásának és telepítésének egyszerűsítésére a globális telephelyein. A technológia több szinten is segít.
Kihívások
- Szakértők jelenléte: A munka ellenőrzése, a potenciálisan veszélyes problémák megoldása, bonyolult munkák elvégzése, például nagy gépek mérése – számos ilyen folyamat általában szakértők és/vagy engedéllyel rendelkező technikusok jelenlétét igényli, akiknek kifejezetten e célból kell a nemzetközi helyszínekre utazniuk.
- Szigorú kommunikációs irányelvek: A bizalmas adatok kezelésére szigorú szabályok vonatkoznak a Toyota valamennyi tevékenységében, a központoktól a helyi kirendeltségekig. Ez magában foglalja a szoftvereket, kamerákat és egyéb végberendezéseket is, amelyek lehetséges biztonsági réseket nyitnak. Ez megnehezíti a távoli helyszínek közötti kommunikációt.
Megoldások
- Biztonságos felszerelés: A kommunikáció és az információáramlás javítása érdekében a Toyota biztonságos eszközökre támaszkodik. Ezek közé tartozik például a Vuforia Chalk (a PTC vállalattól) a távoli segítségnyújtáshoz.
Az eszköz számos funkcióval rendelkezik, mint például élő videó és hang, valamint digitális megjegyzések hozzáadásának lehetősége a valós idejű nézethez. A biztonság érdekében az eszközt a Toyota számára testre szabták, és előre telepítették a vállalatoknál kölcsönözhető mobileszközökre.
- Távoli szakértők AR segítségével: Az AR-technológia használata a Toyotánál klasszikus példája annak, hogyan lehet egy adott problémára vonatkozó szakértői tudást nagy távolságokra is elérhetővé tenni. Így a telepítés és karbantartás során végzett összes munkafolyamat közvetlenül kísérhető távolról mobiltelefonon vagy táblagépen keresztül. A helyszínen lévő technikus pontos utasításokkal van ellátva.
Nemcsak az utazások számát csökkenti, hanem azt az időt is, amely egyébként a gépi mérésekhez szükséges lenne. Ezenfelül ezzel az eljárással elkerülhetők a végrehajtási hibák.
Kiterjesztett valóság képzési célokra a BMW Csoportnál
A TUM tanulmányának az AR hasznos alkalmazásáról szóló eredményeivel ellentétben a BMW Csoport talált egy olyan megközelítést, amely a technológia alkalmazottainak képzésére használja a technológiát. Valójában a logisztikai és minőségbiztosítási (például a festőműhelyben végzett) komissiózási műveletek koordinálása mellett ez az AR-alkalmazások legfontosabb felhasználási területe.
Az üzemi környezetbe helyezett videók és utasítások segítségével számos összeszerelési lépést kell bemutatni. A videók az adott munkavállalóhoz igazíthatók, és tetszés szerint előre- és visszatekerhetők.
A gyakorlatokat egy oktató kíséri élőben. Olyan konkrét kérdésekre tudnak válaszolni, amelyek túlmutatnak a videón és az oktatási tartalmon. Az AR-technológia lehetővé teszi, hogy egyszerre több alkalmazottat képezzenek ki.
A vállalat szerint a képzési ajánlatot jól fogadják. Összességében a képzési videók biztosítják a kívánt tanulási célok gyorsabb elérését. Az összeszerelés esetében az értékelés eltérő: Itt a BMW Csoport nem lát hozzáadott értéket az AR-alkalmazásokban, bár kétségtelenül vannak alkalmazási lehetőségek. A hangsúly azonban ezen a területen is a lean folyamatokra helyeződik.
HoloLens kísérleti projekt a Skodánál
A Skodánál 2021-ben indult egy kísérleti projekt, amelynek célja az AR-szemüvegek különböző felhasználási lehetőségeinek tesztelése. Az alkalmazási területek többek között a következők:
- a karbantartás optimalizálása a kézikönyvek, karbantartási ellenőrző listák és hasonló dokumentumok azonnali kivetítése révén, miközben a technikusok keze szabadon marad;
- Képzések, amelyek kiegészíthetők például párhuzamos videokonferenciákkal.
Az AR-projekt céljai is eltérőek. Ezek a nagyobb munkabiztonságtól (például az alacsonyabb hibaarány révén) az osztályok és helyszínek közötti jobb kommunikáción át a rövidebb karbantartási folyamatokig terjednek.
A „játékos” elemeknek ösztönzőként is kell szolgálniuk a fiatalabb munkavállalók számára, és meg kell könnyíteniük a műszaki szakmákhoz való hozzáférést.
AR alkalmazása a Volvo Csoportnál a munkavállalók megtartásáért
A Toyota Motor Corporationhöz hasonlóan a Volvo Csoport is a PTC Vuforia eszközére támaszkodik AR-alkalmazásaihoz. A technológiát a vállalat különböző területein használják. Az egyik fontos cél, hogy a Volvót vonzó, innovatív munkáltatóként pozícionálják.
A kiterjesztett valóság ebben nagy szerepet játszik, mert a vállalat szerint különböző munkavállalói és pályázói csoportokat tud megszólítani:
- A meglévő alkalmazottak aktívan részt vesznek az új folyamatokban, és így hozzájárulnak a tudásátadáshoz. Ez különösen a motorok minőségellenőrzése és minőségbiztosítása terén teszi lehetővé, hogy a régóta dolgozó szakemberek know-how-ját összegyűjtsék, és azt korszerű módon készítsék elő a fiatalabb munkatársak számára.
- Az AR-technológiák általában nagy érdeklődésre tartanak számot a pályázók körében. A megfelelő eszközök használatával a Volvo Csoport kétféle előnyre is szert tesz.
Egyrészt erősítik a márkát, mint modern technológiai vállalatot, és ezáltal a munkáltatói vonzerőt. Másrészt az AR-alkalmazások jelentősen megkönnyítik és lerövidítik az új alkalmazottak szükséges képzését.
Összességében a kiterjesztett valóság célja, hogy csökkentse a munkavállalók kognitív terhelését, ugyanakkor elősegítse a tanulási képességet. Az AR technológiákat ezért egyre inkább olyan területeken alkalmazzák, amelyek nem automatizálhatók, és emberi képességekre és elemzésekre támaszkodnak.
Sokoldalú eszköztár a gyártáshoz
Az AR technológiákat számos üzleti és termelési területen használják. A minőség-, költség- és időbeli javulás elérésének támogatására szolgálnak.
Ehhez azonban az alkalmazásokat a különböző területek követelményeihez kell igazítani. Ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy a kiterjesztett valóság nem képes minden gyártási folyamat esetében a kívánt optimalizálást biztosítani.
Mindazonáltal az esettanulmányok az AR-alkalmazások erejét mutatják, különösen a karbantartás, a szervizelés, az összeszerelés, a minőségellenőrzés és a képzés terén. Emellett olyan átfogó előnyökkel is jár, mint például a vállalaton belüli, valamint az ügyfelekkel és partnerekkel való kommunikáció javítása világszerte, a nap 24 órájában, megszakítás nélkül. Ebben a tekintetben az AR a lehetséges alkalmazások széles skáláját kínálja, ami hozzáadott értéket jelent az ipari termelés számára.
