Wirtualna rzeczywistość (ang. virtual reality – VR) ma kreować zupełnie nowy cyfrowy świat. To rzeczywistość stworzona przy użyciu technik komputerowych, dzięki którym użytkownik czuje się tak, jakby był w niej realnie obecny. Oddziałuje ona na wszystkie jego zmysły – w zależności od zastosowanych rozwiązań i przeznaczenia efekty wizualne uzupełnia się o dźwięk, zapach czy nawet działanie sił dynamicznych.

Technologia VR ma wiele do zaoferowania także branży przemysłowej – pozwala na tworzenie modeli symulacyjnych, dzięki którym można dokładnie zobaczyć, jak będzie wyglądał nowy projekt, jeszcze przed jego uruchomieniem. Oznacza to nie tylko wyeliminowanie niepotrzebnego ryzyka, ale też zmniejszenie wydatków i przyspieszenie procesu szkoleniowego lub produkcyjnego. Zalet tych firmy nie mogą nie doceniać w czasach, gdy trzeba mierzyć się z ogromną konkurencją i dążyć do redukcji wydatków. Im bardziej skomplikowana usługa, tym większe prawdopodobieństwo, że wirtualna rzeczywistość uprości proces i pozwoli firmie zyskać konkretne korzyści.

Eksperymentalne pojazdy z VR

korzystają inżynierowie i projektanci z branży motoryzacyjnej. Technologia ta pozwala im na eksperymentowanie z wyglądem i budową pojazdu jeszcze przed stworzeniem drogich prototypów i poniesieniem kosztu produkcji. Takie marki jak BMW, Jaguar i Land Rover już od kilku lat wykorzystują wirtualną rzeczywistość do przeprowadzania wczesnych przeglądów projektowych i inżynierskich. Szacuje się, że oszczędzają w ten sposób miliony na produkcji samochodów dzięki zmniejszeniu liczby prototypów.

Na rozwiązania wykorzystujące VR stawia także koncern Volkswagena. Po fazie testów wprowadził on technologię VR w postaci okularów HTC Vive. Dzięki nim wielu współpracowników może spotkać się w wirtualnym pomieszczeniu w celu odbycia np. treningów logistycznych lub warsztatów.

Rewolucyjne szkolenia

Firma Lincoln Electric ma w swojej ofercie urządzenie szkoleniowe VRTEX 360, które pozwala ćwiczyć techniki spawania w symulowanym środowisku, zapewniając realistyczne odczucia wizualne i dźwiękowe. Zaprojektowana stacja szkoleniowa na pierwszy rzut oka przypomina stanowisko spawalnicze: jest spawarka, którą podłącza się do komputera, stół spawalniczy i wyposażona w okulary VR maska spawalnicza. Urządzenie służy nie tylko do nauki – pozwala też sprawdzić umiejętności kandydata starającego się o pracę.

Lincoln Electric we współpracy z Iowa State University postanowił porównać tradycyjne szkolenia spawania z tymi wykorzystującymi technologię VR. Wyniki wyraźnie wskazują, że w przypadku wirtualnego szkolenia skraca się czas, zmniejsza koszty, a efekty są dużo lepsze.

Polski wymiar VR

Jedną z polskich firm wykorzystujących rozwiązania wirtualne jest i3D z Gliwic. Oferowane przez nią rozwiązania w pełni odwzorowują świat realny w cyfrowej rzeczywistości, co pozwala przyspieszyć procesy projektowe, dokonać weryfikacji konstrukcji lub przetestować modelowane obiekty. Możliwości te wykorzystywane są zarówno w przemyśle ciężkim, jak i w edukacji, medycynie oraz w sektorach usług. Na przykład dla firmy Becker-Warkop, która produkuje kolejki i systemy transportu dla górnictwa, i3D stworzył system VR360 Display. Składa się on z okularów w technologii VR, systemu śledzenia ruchu i rękawic przetwarzających gesty użytkownika. Dzięki temu producent mógł przeprowadzić skomplikowane szkolenie w wirtualnym środowisku odwzorowującym warunki pracy z rzeczywistą maszyną, co uprościło proces szkoleniowy i zmniejszyło ryzyko uszkodzenia maszyn. Oprócz oszczędności i aspektów edukacyjnych wykorzystanie VR w przemyśle ma jeszcze jedną zaletę – zdecydowanie zwiększa bezpieczeństwo pracowników. Widać to na przykładzie rozwiązania gliwickiej firmy stworzonego na potrzeby ArcelorMittal – światowego potentata w dziedzinie produkcji stali. Wirtualne środowisko 3D pozwoliło pracownikom poznać otoczenie jednego z największych pieców hutniczych w Europie, całkowicie wykluczając związane z tym zagrożenia, jak wysokie stężenie pyłów i gazów, olbrzymie temperatury czy metal rozgrzany do postaci płynnej surówki.

Wirtualne turbiny

Przykładem firmy wdrażającej rozwiązania z zakresu technologii VR jest też Siemens. Specjalny zespół badawczy opracowuje wirtualne kopie turbin gazowych. W tych realistycznych modelach 3D, wizualizowanych za pomocą okularów VR, wykorzystuje się dostarczane na bieżąco dane z czujników i sztuczną inteligencję. Najnowsze turbiny gazowe firmy Siemens mają ponad 500 czujników, które w sposób ciągły rejestrują warunki ciśnienia, temperatury i naprężenia komponentów. Uzyskane w ten sposób dane są analizowane przez oprogramowanie, które pozwala operatorom turbin śledzić kluczowe parametry. To jednak niejedyna korzyść – inżynierowie mogą dane te wykorzystać również do stworzenia cyfrowego bliźniaka turbiny (kopii w świecie naturalnym) w celu zdalnego monitorowania systemu i rozwiązywania problemów konserwacyjnych na wczesnym etapie.

Po założeniu okularów VR i wkroczeniu do wirtualnej rzeczywistości, w której jest cyfrowy bliźniak turbiny, widać dane z czujników przedstawiające stan jej pracy (wielowymiarowy zestaw informacji). Wirtualny charakter przestrzeni pozwala na uzyskanie czegoś na wzór obrazu rentgenowskiego, co umożliwia penetrację wnętrza maszyny lub zmianę kolorów poszczególnych elementów w celu zobrazowania zmieniających się temperatur bądź prędkości. Badacze podkreślają, że dzięki temu możliwa jest symulacja bieżącej pracy turbiny oraz – przy użyciu odpowiednich programów – zobrazowanie innych trudno dostępnych danych, np. przewidywanego zużycia elementu. Pozwala to na szybką interwencję i wykonanie prac konserwacyjnych, tak by zapobiec niepotrzebnym przestojom.

Rozmowa z Robertem Chmielewskim, pełniącym funkcję presales solution consultant w Siemens PLM Software

„MM”: Jakie rozwiązania z zakresu wirtualnej rzeczywistości dla przemysłu mają Państwo w swojej ofercie?

- Siemens PLM Software bardzo poważnie podchodzi do tej dziedziny rozwoju technologicznego. Wraz ze swoimi partnerami technologicznymi oraz klientami, Siemens eksperymentuje z rozmaitymi technologiami, takimi jak Leap Motion, Intel RealSense, Google Cardboard, Unity 3D, Oculus Rift, itp.  Niektórzy z naszych klientów uruchomili już wirtualne laboratoria, w których eksperymentują z wdrożeniem owych technologii na dużą skalę. Oferujemy również rozwiązania komercyjne, takie jak współpraca pomiędzy Siemens PLM oraz More3D, dzięki której możliwe stało się wdrożenie rozwiązań VR do wielu produktów oferowanych przez Siemens PLM (Plant Simulation, Process Simulate, NX, JT2Go, Tc Vis). Zastosowana w nich technologia pozwala na wyświetlanie scenerii 3D danej aplikacji w trybie „na żywo” (wraz z symulacją ruchu) za pomocą różnych urządzeń projekcyjnych.

Do czego wykorzystuje się wirtualną rzeczywistość w przemyśle?

- Wiele firm pracuje od kilku lat nad wdrożeniem do swoich procesów technologii VR. Spółka Skoda Auto uruchomiła na przykład wykorzystujące wirtualną technologię laboratorium do badań ergonomii. Obsługujący laboratorium zespół stosuje technologię rejestracji ruchu, która jest zintegrowana z aplikacjami platformy Tecnomatix - Jack oraz Process Simulate Human, które pełnią funkcję symulatorów ludzkich zachowań. Dzięki temu Skoda może przeanalizować wykonalność i akceptowalność operacji roboczych, symulując ludzkie ruchy – dotyczy to w szczególności różnego wzrostu poszczególnych pracowników. Zebrane w ten sposób dane i doświadczenia mogą być wykorzystywane następnie do opracowania najlepszych praktyk oraz do analizy wniosków, tak by odpowiednio przeszkolić personel produkcyjny w zakresie podstawowych zasad ergonomii. Do oczekiwanych rezultatów takiego podejścia należą: poprawa warunków pracy personelu, zmniejszenie ilości wypadków i związanych z nimi kosztów, rozwiązanie problemów dotyczących ergonomii występujących w fazach przedprodukcyjnych projektu, a także cyfrowa weryfikacja wykonalności operacji montażowych zgodnie z obowiązującymi standardami ergonomii i przepisami. Kolejnym doskonałym przykładem jest wykorzystanie technologii VR przez branżę Siemens Mobility. Wirtualne kabiny pociągów są odwzorowywane z zachowaniem realistycznej dynamiki obrazów 3D, na których uwzględniono również takie aspekty jak oświetlenie oraz faktura materiału. Aby umożliwić prezentację wagonu w przyjaznym środowisku, wgrywany jest także fikcyjny model stacji. Może on odpowiadać jednej ze stacji wykorzystywanych w rzeczywistości przez klienta – osoba oglądająca może przejść przez cały wagon, wyjść z niego na zewnątrz i spojrzeć w dowolnym kierunku. Całość zapewnia wrażenie zanurzenia odbiorcy w wirtualnym środowisku.

Prognozy przewidują, że technologia VR zmieni sposób interakcji pomiędzy inżynierami a danymi, ponieważ klawiatura i myszka nie są optymalnymi narzędziami do wykorzystywania wirtualnej rzeczywistości. Dostępność technologii umożliwiających odwzorowanie gestów, takich jak Kinect, czy też urządzenia haptyczne dające odpowiednie wrażenia dotykowe podczas interakcji z wirtualną przestrzenią, a także rozwój technologii rozpoznawania głosu wykorzystujących procesy głębokiego uczenia się, będzie uzupełnieniem rozwiązań VR zapewniającym jeszcze bardziej realistyczne i kompleksowe odczucia. Wydaje się, że najlepszym przykładem tego rodzaju rozwiązań jest Elon Musk oraz jego zespół SpaceX, wykorzystujący do interakcji z danymi platformę Siemens NX.

Jakie korzyści niesie za sobą wprowadzenie wirtualnej rzeczywistości w przemyśle?

- Wirtualna rzeczywistość pozwala firmom testować różne scenariusze i projekty, a także doświadczać ich produktów jeszcze przed ich fizycznym wykonaniem. Umożliwia inżynierom specjalizującym się w rozmaitych dziedzinach współpracować z zachowaniem wzajemnego zrozumienia. Jest też czynnikiem pozwalającym na opracowanie wydajnych i praktycznych programów szkoleniowych symulujących istniejące w rzeczywistości scenariusze robocze. Wydaje się, że w miarę wzrostu dostępności tańszych urządzeń VR, wzrośnie także zapotrzebowanie na rozwiązania wykorzystujące tego rodzaju technologie. Pojawią się nowe pomysły dotyczące zarządzania cyklem życia produktu (Product Lifecycle Management - PLM) oraz narzędzia do symulacji graficznej generujące treści wymagane przez takie urządzenia. Odwzorowywanie projektów 3D w wysokiej rozdzielczości (HD) pozwala inżynierom wizualizować realistyczne makiety projektowanych przez nich produktów i procesów oraz symulować ich działanie z dużym stopniem dokładności. Wrażenie otoczenia przez wirtualny świat, jaki zapewniają gogle VR pozwala użytkownikom na interakcję z danymi konstrukcyjnymi w jakości HD. W takim środowisku mogą oni także weryfikować aspekty pozakonstrukcyjne, takie jak poziom postrzeganej jakości, a także elementy emocjonalne, takie jak rozmiar, jasność oraz kształty poszczególnych elementów projektu.