I en allt mer uppkopplad industri kan många processer kartläggas virtuellt. “Mixed Reality” är intressant för alla områden inom industriell tillverkning – från anläggningsplanering till kundkontakt. Därför är förstärkt verklighet (Augmented Reality, AR) inte bara viktigt för spel-, underhållnings- och telekommunikationsindustrin utan även för Industry 4.0.
Mixed Reality, Virtual Reality & Augmented Reality
När det kommer till digitala verktyg för Industry 4.0, är Augmented och Virtual reality-applikationer regelbundet bland de nämnda möjligheterna. Men jämfört med många andra tekniker anses deras effekt vara låg.
En titt på resultaten av Deloitte Insights Readiness Report 2020 visar vilka teknologier som är av större betydelse för företag:
- Internet of Things (IoT), artificiell intelligens (AI), molninfrastruktur och big data eller big data-analys anses internationellt vara de viktigaste pelarna för Industry 4.0.
- Därefter följer nanoteknik, avancerad robotteknik och sensorer.
- Enligt rapporten är förstärkt verklighet bland de mindre relevanta teknologierna, tillsammans med 3D-utskrift, kvant- och edge-datorisering.
Användningen av virtuella verktyg erbjuder dock många möjligheter för hela industriproduktionen.
Förstärkt verklighet – vad är det?
Ända sedan succén med spelappen Pokémon Go har förstärkt verklighet (AR) blivit ett känt begrepp för de flesta. AR är ett populärt verktyg för att koppla samman den verkliga världen och digital information och används ofta i dator- och videospel, foto- och videofilter i sociala medieapplikationer eller i utbildnings- och lärprojekt
Detta är den väsentliga uppgiften som förstärkt verklighet uppfyller: Med dess hjälp kan verkliga miljöer kompletteras eller överlagras med digitala element (visuellt eller ljud). Det kräver bara den nödvändiga utrustningen. Eftersom applikationerna kan användas med speciella AR-glasögon såväl som med mobila enheter som smartphones och surfplattor är den mycket användarvänlig.
De grundläggande kraven är:
- kombinationen av virtuella och verkliga objekt i en verklig miljö,
- interaktiv drift och
- realtidsregistrering av virtuella och verkliga objekt med varandra.
Olika AR-metoder för visualisering
Markörer används vanligtvis för AR-systems funktion. Dessa hjälper till att korrekt bedöma de virtuella objektens position och orientering i den verkliga miljön. Alternativt finns det metoder som inte kräver markörer, som Natural Feature Tracking (NFT) eller Simultaneous Localization and Mapping (SLAM).
Dessa olika system används för visualisering:
- Head Mounted Displays (HMD) är de berömda glasögonen eller hjälmarna. De används vanligtvis för VR-applikationer med helt virtuella miljöer – men kan också användas för förstärkt verklighet.
- Mobila displayer, det vill säga smartphones och surfplattor, är också kända utanför det industriella sammanhanget, och vissa applikationer har redan nämnts i början. I produktionen hjälper mobila enheter till att kartlägga komplexa produkter eller processer på ett enkelt sätt.
- Spatial Augmented Reality (SAR)-system fungerar annorlunda då de använder projektorer. De projicerar virtuella element direkt på de verkliga objekten.
Spatial computing i samband med AR-applikationer innebär att överlagra olika virtuella lager. Den data som krävs kan lagras till exempel i ett AR-moln. Därmed kan den visuella representationen kopplas ihop med realtidsdata från sensorer, produktionsnyckeltal eller information från andra IoT-objekt.
Fördelen är att denna form av visualisering möjliggör handsfree-lösningar, vilket gör att manuella arbetsprocesser kan utföras samtidigt som de förses med digital information eller styrs av fjärrassistentsystem.
Arbeta i blandad verklighet (Mixed Reality)
Förstärkt verklighet är en del av blandad verklighet. Den beskriver kopplingen mellan verkliga miljöer och virtuella; verklig som i fabrikshallar, maskiner och personal och virtuella som i data från en mängd olika källor.
AR-applikationer visar hur denna koppling ser ut i praktiken. Förstärkt verklighet är en underkategori av blandad verklighet. Även om applikationer och verktyg för förstärkt verklighet, som virtuell verklighet, har ett starkare fokus på den virtuella nivån, är de fortfarande anslutna till den verkliga miljön.
De är en viktig faktor i planeringen eftersom till exempel ny kringutrustning (som handskar) kan hjälpa till att fånga ergonomi och prestandamått för arbetsplatsutformning. Medan applikationsfälten för förstärkt verklighet främst är inom tillverkning.
Styrkor och svagheter med AR i produktion
Industriföretagens skepsis mot AR-tillämpningar inom tillverkning härrör från det faktum att deras inflytande inte kunde bedömas tillräckligt. Förstärkt verklighet kan inte implementeras utan lämplig teknisk utrustning, så de nödvändiga investeringarna bör ge positiva effekter.
Samarbetsprojekt undersöker effekten av AR
Effekten av AR på industriell tillverkning har undersökts av en forskargrupp från Technical University of Munich (TUM), University of Wisconsin-Madison och Mainz State Hospital (Seeing the Bigger Picture? Uppgradera produktionen med användning av förstärkt verklighet. Manufacturing & Service Operations Management 2022) i gemensamma fältförsök. Frågorna i projektet, som genomfördes av ett teknikföretag:
- Hur snabbt lär sig anställda att utföra nya uppgifter med och utan AR-stöd?
- Spelar uppgiftens komplexitet någon roll?
- Hur påverkar AR-applikationer medarbetarnas förmåga att komma med förslag för att optimera processer?
Effekten av AR-applikationer på produktiviteten är den mest uppenbara. Forskarna kunde observera att även komplexa uppgifter genomfördes betydligt snabbare med hjälp av AR-glasögon (tidsbesparingar på i genomsnitt 44 procent). Även enkla uppgifter tog cirka 15 procent mindre tid med AR-stöd.
Att korrekt bedöma fördelarna och nackdelarna med AR
Nackdelen: den tekniska assistansen minskar inlärningseffekten. Den information som behövs för att slutföra uppgiften absorberas inte på samma djup som vid analogt arbete. Detta har i sin tur också effekt påinnovationspotentialen – enligt studiens resultat kom fler användbara förslag till förbättringar från gruppen som arbetade utan AR-teknik.
Enligt forskarna har AR-tillämpningar den mest positiva effekten inom områden där processoptimering är till stor del eller helt genomförd. AR stödjer även produktionsområden där en kort takttid krävs, vilket ökar produktiviteten.
Många företag finner dock väldigt olika användningsområden för AR-teknologier inom industriell tillverkning.
Användningsområden för AR-teknik i Industry 4.0
Även om AR-applikationer ligger något efter jämfört med andra nyckelindustrier inom Industry 4.0, använder många tillverkare redan möjligheterna med Augmented Reality. Användningsområdena är mycket olika och är inte på något sätt begränsade till att få välkoordinerade produktionsprocesser att gå ännu snabbare.
Stöd vid komplexa monteringsuppgifter
Som ovanstående studie av forskargruppen ledd av prof. Dr. David Wuttke redan har visat, innebär AR att göra komplexa uppgifter avsevärt enklare. Så är fallet även vid löpande band, eftersom produkter och processer blir allt mer komplexa.
En mängd komponenter måste monteras med extrem precision och under tidspress. Utmaningen förblir densamma, oavsett storleken på den färdiga produkten.
Nya produkter försvårar dock monteringen och försenar därmed processerna. Skälen till detta är bland annat nya monteringsanvisningar och hur de presenteras. PDF-dokument, som ofta används för att få nödvändig information, tar upp för mycket tid.
Men med AR-stöd kan informationen göras lättillgänglig och väl synlig. Att använda AR-stöd med röststyrning hjälper också till att påskynda processen eftersom arbetaren får händerna fria och inte behöver avbryta monteringen för att få den information som behövs.
Detta sätt att använda AR är inte nytt, men tekniska framsteg har gjort nödvändig utrustning och tillhörande mjukvara mycket billigare än för 20 år sedan. Som ett resultat används sådana AR-applikationer nu mer brett. Inom till exempel flygteknik, där montering sker i betydligt större dimensioner, används projektorer för att visa den exakta positionen för enskilda delar.
Förenkling av underhållsprocesser
Underhåll av produktionsanläggningar är en kritisk faktor ur ett ekonomiskt perspektiv. Industry 4.0 syftar till att minska oväntade produktionsstopp genom att automatisera produktionsanläggningar och planera deras underhåll.
Även utan möjligheterna till stort eller helautomatiskt maskinunderhåll spelar tiden en central roll. Om underhållsresultat och mål måste överföras till manualer försenas processerna och tar längre tid än nödvändigt.
Med AR-teknik kan jämförelsen av mål och resultat ske parallellt på en AR-skärm. I det här fallet hjälper röstkontrollen också till att använda manualen enkelt medan händerna är fria.
HoloLens-teknik kombinerar underhållstjänster, virtuella modeller och moderna kommunikationskanaler. Därmed har underhållstekniker tillgång till all relevant information (som teknisk data etc.), kan jämföra dessa med virtuella modeller och utföra underhåll med händerna fria.
Den tekniska supporten behöver inte ens vara på plats för att göra detta: alla nödvändiga inspektionssteg kan överföras till en tekniker på plats via HoloLens. AR-glasögonen fungerar i två riktningar:
- Teknikern på plats ser de exakta instruktionerna för professionellt underhåll via displayen och får exakta steg-för-steg-instruktioner.
- Supportteamet på huvudkontoret har direkt sikt via glasögonen och kan utföra underhållet på distans.
Tillsammans med data från modellerna kan sådana insatser planeras i förväg och genomföras mycket snabbare.
Främja samverkande sätt att arbeta
HoloLens-applikationen förutser ytterligare en möjlighet för AR-applikationer: förbättra samarbetslösningar och enklare tillgång till expertkunskap. Detta gör det lättare att koordinera och utföra underhålls- och servicearbeten, även i större produktionssammanhang.
AR-tekniken är tänkt att täppa till den personalklyfta som finns i många företag på grund av bristen på kvalificerad arbetskraft. Tack vare AR-applikationer kan experter kallas in var som helst utan att behöva vara på plats. Därför är det inte längre nödvändigt att ha erforderlig expertis tillgänglig på plats.
Medarbetarna kan vägledas av experterna tack vare telenärvaro och överföring av situationen i fabriken. Denna form av samverkan kan genomföras mellan avdelningar, divisioner och anläggningar. Denna kunskapsöverföring kan till och med användas i utbildningssyfte – som ett slags “learning-by-doing” under direkt övervakning av kvalificerad teknisk personal.
Förbättra kundrelationer
På samma sätt kan tillverkare använda AR-applikationer för att stödja kunder. Särskilt när det kommer till råd vilket maskin- och anläggningstillverkare måste tillhandahålla för komplexa produkter.
AR-teknik möjliggör mycket bättre visualisering – av själva produkterna, av enskilda komponenter eller av integrationen av maskiner och system i drift. Därför får kunderna inte bara en uppfattning om hur en produkt fungerar, utan också om dess rumsliga dimensioner på den avsedda platsen.
Dessutom kan ändringsförfrågningar diskuteras direkt med kunden och överföras till de virtuella modellerna.
Hjälp med kvalitetssäkring
Virtuella modeller av produkter och komponenter kan också användas i kvalitetssäkring tillsammans med AR-enheter. Displayerna kan användas för att jämföra originalet och modellen via överlagring. Om det finns avvikelser från tillverkarens specifikationer kan dessa märkas direkt i överlägget.
Det gäller även större projekt. Hos exempelvis Airbus används Mixed Reality-applikationer för att förse tekniker med kompletta digitala modeller och skisser, för att de ska kunna kontrollera konstruktionsmontering under produktionen. Detta bidrar till att avsevärt förkorta inspektionen av upp till 80 000 konsoler.
Bättre planering av produktionsområden
Med hjälp av AR-teknik kan modeller av produktionsområden eller hela tillverkningsanläggningar projiceras på den verkliga miljön. På så sätt är det möjligt att kontrollera planering av maskiner, lagerutrymmen, transporter, resor och utrymningsvägar inför driftsättning – och att optimera dem om behov av efterföljande förbättringar skulle visa sig på plats.
Applikationsexempel för AR: Praktiska insikter
De ovan beskrivna användningsområdena för AR-teknik är inte längre teoretiska överväganden hos många företag. Faktum är att de redan anses vara en integrerad del av det dagliga arbetslivet.
Installation av nya produktionslinjer hos Toyota Motor Corporation
Toyota Motor Corporation använder AR-applikationer för att förenkla underhållet och installationen av nya och befintliga produktionslinjer och fabriksbyggnader vid sina globala platser. Tekniken hjälper på flera plan.
Utmaningar
- Närvaro av experter: Kontrollera arbetet, lösa potentiellt farliga problem, utföra omfattande arbeten som att mäta på stora maskiner – många av dessa processer kräver vanligtvis närvaro av experter och/eller licensierade tekniker som måste resa till de internationella sajterna speciellt för detta ändamål.
- Strikta kommunikationsriktlinjer: Strikta regler gäller för hanteringen av konfidentiell data i all Toyotas verksamhet, från huvudkontor till lokala filialer. Detta innefattar även programvara, kameror och andra slutenheter som öppnar upp för eventuella säkerhetsluckor. Detta gör kommunikationen mellan avlägsna platser svårare.
Lösningar
- Säker utrustning: För att förbättra kommunikationen och informationsflödet förlitar Toyota sig på säkra verktyg. Dessa inkluderar till exempel Vuforia Chalk (från PTC) för fjärrassistans.
Verktyget har en rad funktioner som livevideo och ljud, samt möjligheten att lägga till digitala kommentarer till realtidsvyn. För att säkerställa säkerheten skräddarsyddes verktyget för Toyota och förinstallerades på mobila enheter som finns att låna i företagen.
- Fjärrexperter via AR: Användningen av AR-teknik hos Toyota är ett klassiskt exempel på hur den kan användas för att göra expertkunskap för ett specifikt problem tillgänglig över stora avstånd. Alla arbetsmoment under installation och underhåll kan därmed följas direkt på distans via mobiltelefon eller surfplatta. Teknikern på plats stöds med exakta instruktioner.
Det minskar inte bara mängden resor, utan också den tid som annars skulle behövas för maskinmätningar. Dessutom kan fel i implementeringen undvikas med denna procedur.
Förstärkt verklighet för utbildningsändamål hos BMW Group
I motsats till resultaten från TUM-studien om meningsfulla tillämpningar av AR, har BMW Group hittat ett sätt att använda tekniken för att utbilda anställda. I själva verket, förutom att koordinera plockoperationer inom logistik och kvalitetssäkring (som i färgverkstaden), är det den viktigaste användningen för AR-applikationer.
Med hjälp av videor och instruktioner som läggs över den verkliga miljön på verkstadsgolvet förmedlas de många monteringsstegen. Filmerna kan anpassas till respektive medarbetare och kan snabbspolas och spolas tillbaka efter önskemål.
En tränare följer med övningarna under live-förhållanden. De kan svara på specifika frågor utöver videon och instruktionsinnehållet. AR-teknik gör det möjligt att utbilda flera anställda samtidigt.
Enligt företaget tas utbildningserbjudandet väl emot. Sammantaget säkerställer träningsvideorna att de önskade lärandemålen uppnås snabbare. Bedömningen är annorlunda för montering: Här ser inte BMW-koncernen något mervärde för AR-applikationer, även om det säkert finns applikationsmöjligheter. Fokus inom detta område ligger dock även på lean-processer.
HoloLens pilotprojekt på Škoda
Ett pilotprojekt lanserades på Škoda 2021 för att testa olika möjliga användningsområden för AR-glasögon. Användningsområden inkluderar, men är inte begränsade till:
- Underhåll ska optimeras genom omedelbar projicering av manualer, underhållschecklistor och liknande dokument, samtidigt som teknikernas händer förblir fria;
- Utbildningskurser som kan kompletteras med till exempel parallella videokonferenser
De riktade målen för AR-projektet är också olika. De sträcker sig från högre arbetssäkerhet (till exempel genom lägre felfrekvens) till förbättrad kommunikation mellan avdelningar och platser till kortare underhållsprocesser.
Gamification-element bör också tjäna som ett incitament för yngre anställda och underlätta tillgången till tekniska yrken.
AR för att behålla personal inom Volvokoncernen
Precis som Toyota Motor Corporation förlitar sig Volvo Group på PTC:s Vuforia-verktyg för sina AR-applikationer. Tekniken används inom olika delar av företaget. Ett viktigt mål är att positionera Volvo som en attraktiv, innovativ arbetsgivare.
Förstärkt verklighet spelar en stor roll i detta eftersom det enligt företaget kan tilltala olika grupper av anställda och sökande:
- Befintliga medarbetare är aktivt involverade i de nya processerna och bidrar på så sätt till kunskapsöverföring. Speciellt inom kvalitetskontroll och -säkring av motorer, gör detta det möjligt att samla in kunskap från långvariga experter och att förbereda den på ett modernt sätt för yngre medarbetare.
- AR-teknik är generellt sett av stort intresse för sökande. Genom att använda lämpliga verktyg gynnas Volvokoncernen på två sätt.
Dels stärker de varumärket som ett modernt teknikföretag och därmed sin attraktionskraft som arbetsgivare. Och dels underlättar och förkortar AR-applikationer avsevärt den nödvändiga utbildningen av nya medarbetare.
Sammantaget är förstärkt verklighet avsett att minska den kognitiva belastningen hos anställda samtidigt som det främjar förmågan att lära.. AR-teknologier används därför i allt större utsträckning inom områden som inte kan automatiseras och som förlitar sig på mänskliga färdigheter och analyser.
Mångsidig verktygslåda för produktion
AR-tekniker används inom många affärs- och produktionsområden. De används som ett stöd för att uppnå förbättringar i kvalitet, kostnader och tid.
För att göra detta är det dock nödvändigt att anpassa applikationerna till de olika områdenas respektive behov. Samtidigt bör det noteras att förstärkt verklighet inte kan leverera den önskade optimeringen för varje produktionsprocess.
Ändå visar fallstudierna styrkan hos AR-applikationer, särskilt för underhåll, service, montering, kvalitetskontroll och utbildning. Dessutom finns det övergripande fördelar som att förbättra kommunikationen inom företag såväl som med kunder och partners världen över 24/7. I detta avseende erbjuder AR ett brett utbud av möjliga tillämpningar som innebär mervärde för industriell produktion.
