Как индустриальная метавселенная изменит производство

Lincoln Electric Holdings Inc. — один из крупнейших в мире производителей сварочного оборудования, имеющий более 42 производственных площадок в Северной Америке, Европе, на Ближнем Востоке, в Азии и Латинской Америке, и его бизнес зависит от наличия достаточного количества сварщиков, сертифицированных для использования его оборудование.

По этой причине компания чувствовала, что ей нужна школа для обучения рабочих, но традиционное обучение было медленным, дорогим и громоздким. Поэтому компания обратилась к технологиям, которые чаще всего ассоциируются с потребительскими играми: виртуальной реальности и метавселенной.

Теперь стажеры надевают гарнитуры виртуальной реальности, чтобы выполнять виртуальные сварные швы, и в иммерсивной среде они сразу же получают обратную связь о том, насколько прямолинейны сварные швы их труб или листового металла. Если они ошибутся, они могут просто мгновенно сбросить виртуальную систему и продолжать совершенствоваться, и им не нужно тратить материалы на повторные попытки. Как только они научились делать это правильно, они применяют эти навыки в реальной сварке, используя оборудование Lincoln.

Результат: в Lincoln Electric обнаружили, что обучение сварщиков может занять на 23 % меньше времени. А более квалифицированные сварщики означают больший потенциальный рынок для своего сварочного оборудования. «Виртуальная реальность может сократить время при одновременном повышении эффективности программ обучения», — сказал SiliconANGLE Рэндал Кенворти, старший партнер консалтинговой компании West Monroe, клиентом которой является Lincoln.

Ажиотаж вокруг термина «метавселенная» нарастал отчасти благодаря Meta Platforms Inc. ((признана в России экстремистской организацией и запрещена )и другим компаниям, обещавшим, что это будет следующая крупная технологическая платформа, сродни персональному компьютеру и смартфону. Идея заключается в том, что потребители смогут общаться в захватывающих цифровых мирах, в которых они могут развлекаться, играть и общаться гораздо лучше, чем на ПК и смартфонах.

Но есть еще один потенциальный набор применений, которые на самом деле могут распространяться быстрее, в отраслях, которые обучают рабочих, производят продукты или эксплуатируют инфраструктуру. Это то, что известно как промышленная метавселенная, и она использует виртуальную и дополненную реальность для объединения физического и цифрового миров, чтобы изменить то, как компании проектируют, производят и взаимодействуют с объектами.

Многие строительные блоки промышленной метавселенной не новы. Что нового: большая доступность и наличие гарнитур AR и VR, технология «интернета вещей», а также лучшие возможности подключения и вычислений. В совокупности они позволяют перенести промышленные приложения в виртуальный мир.

Это стимулировало значительный рост вариантов использования промышленной метавселенной, включая обучение, совместную работу и цифровых двойников, которые имитируют реальный мир. В каждом из этих вариантов использования возможность погружать людей в иммерсивные 3D-миры, которые могут надежно имитировать реальные промышленные приложения, такие как заводские цеха, компоненты, роботы, что помогает игрокам отрасли выполнять свою работу быстрее, эффективнее и лучше. чем до.

Недавнее возрождение виртуальной реальности для потребителей привело к резкому увеличению количества доступных гарнитур AR и VR для промышленных приложений и разработке головных дисплеев, готовых к использованию на предприятиях. Согласно отчету Market Prospects , ожидается, что к 2025 году промышленная метавселенная достигнет 540 миллиардов долларов дохода . 50,1 млн отгрузок и к 2026 году выручка составит более 50,1 млрд долларов.

Эти устройства включают в себя шлемы виртуальной и смешанной реальности текущего поколения, такие как HTC Vive и Varjo XR3, которые являются высококлассными гарнитурами для предприятий. И гарнитуры дополненной реальности, такие как  HoloLens 2 корпорации Microsoft и недавно выпущенный Magic Leap 2. Случаи использования в тяжелой промышленности также выигрывают от таких компаний, как Vuzix Corp. , которая производит промышленные безопасные умные очки и гарнитуры для полевых работ.

Промышленная метавселенная все еще находится в зачаточном состоянии, и она сталкивается с проблемами из-за высокой стоимости оборудования и технических трудностей. Виртуальная и смешанная реальности часто приводят к ограниченному участию из-за «симуляторной болезни» — типа укачивания, от которого некоторые страдают от иммерсивного опыта — и общих затрат на создание и моделирование точного виртуального опыта.

Частично это преодолевается за счет использования AR в промышленном моделировании для рабочих, но технология развивается медленно. Приложения также требуют обмена большими объемами данных с высокой пропускной способностью и малой задержкой, а это означает, что для их поддержки необходима телекоммуникационная инфраструктура следующего поколения.

Тем не менее, перспективы заманчивы для многих компаний, особенно с учетом того, что появление более мощного аппаратного и программного обеспечения для виртуальной и дополненной реальности начинает превращать промышленную метавселенную в реальность. В результате некоторые компании двигаются вперед полным ходом, чтобы опередить то, что может стать ключевой основой развития технологий на долгие годы.

Обучение с использованием промышленной метавселенной

Обучение в метавселенной очень похоже на игру в видеоигру, за исключением того, что работник погружается в захватывающий сценарий реального мира, который может произойти на его рабочем месте с помощью гарнитуры виртуальной реальности. Доказано, что использование виртуальной реальности повышает эффективность обучения работников по сравнению с практическим обучением, оно дешевле, быстрее и безопаснее.

Используя новые технологии промышленной метавселенной, можно создать опыт с высоким уровнем погружения, который точно имитирует то, что работник увидит и услышит, находясь на рабочем месте, в моделях виртуальной реальности оборудования, с которым он будет взаимодействовать. Люди могут даже вести себя и реагировать аналогично окружающей среде, в которой они будут находиться, помогая им подготовиться к работе на заводе или в поле.

Еще одним преимуществом виртуальной реальности является то, что работники могут обучаться без доступа к дорогостоящему оборудованию и обучаться в любом месте, даже удаленно или дома, еще до того, как их привезут на рабочее место. Их также можно тренировать в потенциально опасных сценариях и средах, не подвергая себя какой-либо опасности.

Чтобы увидеть преимущества обучения в метавселенной, Lincoln Electric и Государственный университет Айовы  сравнили две группы: одна из них занималась полностью традиционным практическим обучением, а другая — частично практическим, а наполовину сваркой в ​​виртуальной реальности.

Результаты показали, что сварщики, прошедшие VR-обучение, имели значительно более высокий уровень обучения и командного взаимодействия, а общая сертификация увеличилась на 41,6% по сравнению с традиционной группой . И помимо того, что на обучение в целом уходит на 23% меньше времени, чем в традиционной группе, использование VR также значительно снижает затраты на обучение на 243 доллара США на одного учащегося, потому что они могут начинать каждый раз заново, не тратя впустую материалы и не теряя времени на повторную сборку.

«Используя платформу виртуальной реальности, студенты могут быстрее изучать и тестировать методы, прежде чем выходить на работу с реальным оборудованием», — сказал Кенворти. «Виртуальная реальность ускорила время, помогая им отображать корректировки в режиме реального времени, необходимые для улучшения их методов сварки».

За последние четыре года VR-обучение стало еще более распространенным на производстве — например, в автомобилестроении и авиации, где рабочие повторяют механические действия на заводских цехах или даже взаимодействуют с роботами. BMW использует виртуальную реальность для одновременного обучения нескольких сотрудников. Volkswagen AG  сформировала глобальную инициативу с 10 000 сотрудников. Гигант авиастроения Boeing Co. сократил время обучения на 75% с помощью виртуальной реальности. Авиакомпании также используют технологии метавселенной для обучения пилотов в воздухе, что вызвано нехваткой пилотов, начавшейся с пандемией. Loft Dynamics AG  использует симуляторы виртуальной реальности для обучения операторов вертолетов в США, что сокращает время обучения в эфире на целых 60%.

Сотрудничество в индустриальной метавселенной

Хотя современная технология видеотелеконференций может работать для поддержки людей, выполняющих удаленную работу, и для обмена приложениями для совместной работы, ей не хватает иммерсивной силы виртуальной и смешанной реальности. Для промышленных приложений метавселенной инженеры и дизайнеры будут использовать гарнитуры, чтобы привлечь несколько людей к проекту для производства.

Урхо Конторри, соучредитель и главный технический директор Varjo Technologies Oy, финского производителя VR-гарнитур промышленного уровня, рассказал SiliconANGLE, что основной тенденцией в автомобильной промышленности является проектирование двигателя и шасси автомобиля удаленными командами.

Например, в автомобилестроительной компании Kia Corp. дизайнеры разрабатывали проекты, но для того, чтобы завершить проверку, членам команды приходилось вылетать из европейской штаб-квартиры автопроизводителя в конструкторский центр в Корее, чтобы провести сеанс. Однако, когда разразилась пандемия и были введены ограничения на поездки, это стало невозможно.

Используя функцию виртуального сотрудничества Autodesk VRED и гарнитуры VR, чтобы удаленно объединить всех в единое иммерсивное пространство метавселенной, дизайнеры, инженеры и даже руководители могли собираться вокруг автомобиля без необходимости путешествовать. Это полностью изменило игру.

«У вас будет несколько дизайнеров из Франкфурта, несколько из Кореи, и они будут делать то же самое, что и раньше», — сказал Конторри. «За исключением того, что из-за времени в пути потребуется неделя, чтобы сеанс можно было проводить раз в неделю, то есть в четыре раза чаще».

Мало того, что они обнаружили, что могут проводить сеансы чаще, начиная получать сотрудничество каждый день, но команды обнаружили, что они могут даже иметь больше людей, занимающихся дизайном автомобилей. Они смогли масштабировать до 20 человек вокруг автомобиля, что примерно столько, сколько вы могли бы иметь без того, чтобы пространство стало настолько переполненным, чтобы стать непродуктивным.

«Волшебным было то, что они перестали чувствовать себя офисом-спутником и начали ощущать себя одной глобальной командой, работающей вместе», — объяснил Конторри. «Это было настоящим откровением».

По его словам, такая же адаптация, скорее всего, происходит во всей автомобильной промышленности. Например, у Volvo Group очень похожая схема. Используя виртуальную реальность, автопроизводитель обнаружил, что команды могут делать за день то, что обычно занимает недели или дольше, и быстро повторять концепции взаимодействия с пользователем, тестируя их в сценариях «реальной жизни» в виртуальной реальности.

Технология сделала это возможным, позволив инженерам и дизайнерам тестировать проекты в виртуальной реальности. Таким образом, команды могли проводить исследования будущих автомобилей до того, как они будут превращены в прототипы, и избегать недостатков до того, как они станут проблемой на производственной линии.

Другой тип совместного промышленного приложения метавселенной в производстве использует дополненную реальность, например, реализованную в HoloLens 2. Это позволяет рабочему в полевых условиях накладывать цифровые изображения на реальный мир в том, что компания называет голограммами. Недавно стало известно, что компания подписала контракт с Kawasaki Heavy Industries Ltd.  в качестве нового заказчика технологии, присоединившись к Kraft Heinz Co. и Boeing в качестве производственных партнеров.

Рабочие в гарнитурах дополненной реальности могут использовать голограммы на заводе в качестве руководства при работе с оборудованием. Затем, при попытке выполнить сложную задачу или ремонт, они могут сотрудничать с экспертом, чтобы провести их через процесс ремонта, используя визуальные подсказки в своем поле зрения. Датчики и камеры гарнитуры также позволяют удаленным инженерам удаленно сотрудничать с рабочими в отношении того, что происходит на заводе, даже если они находятся в другой части здания или на другом континенте.

Цифровые двойники и индустриальная метавселенная

Одним из наиболее известных вариантов использования промышленной метавселенной являются « цифровые двойники » или точное моделирование объектов реального мира, таких как пешеходные дорожки, здания, заводские цеха, конвейерные ленты и роботы.

Лебаредиан, вице-президент Omniverse и технологии моделирования в Nvidia Corp., сказал, что цифровые двойники создают ряд «сверхвозможностей» для производства, которых раньше не существовало, потому что внезапно корпоративные клиенты получают доступ к полностью реализованным смоделированным виртуальным версиям своих заводов, которые они могут использовать для работы.

Эти сверхспособности включают в себя телепортацию, например, рабочие могут прыгать в любую точку производственного цеха, где бы они ни находились, и видеть, что происходит в цифровом двойнике, пока он имитирует то, что происходит прямо сейчас в реальном. . Или они могут путешествовать во времени в прошлое, где деятельность фабрики может быть записана и воспроизведена, чтобы можно было увидеть аномалии, чтобы увидеть, как они произошли, или, что еще лучше, путешествовать во времени в будущее, ускорив симуляцию и наблюдая, что произойдет.

Цифровые двойники также позволяют разработчикам создавать целые аппараты или заводские цеха в виде виртуальных прототипов и моделировать их, прежде чем запускать в реальное производство. Цель состоит в том, чтобы увидеть, как они будут работать, и посмотреть, не возникнут ли какие-либо потенциальные проблемы. Это позволяет им экспериментировать и оптимизировать их до того, как в реальном мире произойдут потенциальные аномалии, тем самым снижая риск сбоев или проблем с безопасностью для людей.

Тони Хеммельгарн, президент и главный исполнительный директор Siemens Digital Industries Software, сообщил SiliconANGLE, что Siemens уже много лет использует цифровых двойников в своих производственных процессах и в работе с клиентами. Что индустриальная метавселенная привнесла в цифровые двойники, так это комплексное моделирование.

«Я помню, как впервые сделал 3D-модель, 3D-каркас — до того, как появилось твердотельное моделирование», — сказал Хеммельгарн. «Вы перешли от 2D-чертежей, с которых все началось, к 3D-каркасу. И я помню, как впервые повернул одну из них на экране, и кто-то позади меня сказал: «Вау, зачем тебе еще что-то?»

Благодаря достижениям в области технологий промышленной метавселенной инженеры могут видеть целые заводские цеха с полностью комплексными, захватывающими видами и уверенно моделировать. Теперь, по словам Хеммельгарна, «команды могут собраться вместе и увидеть это. Я думаю, что это реальное обещание индустриальной метавселенной».

Таким образом, объяснил Лебаредиан, «мы получаем все эти сверхспособности, имея цифрового двойника. Все это зависит от наличия точной модели реального мира и синхронизации их с цифровой моделью. Если вы можете это сделать, я думаю, вы можете представить себе многие вещи в отрасли, которые вы можете сделать. Я имею в виду, что вы не можете сделать с телепортацией и машиной времени, которая позволяет вам исследовать несколько возможных вариантов будущего?»

По словам Лебаредяна, одна вещь в отрасли, которая стала неожиданностью для Nvidia, заключается в том, что компания ожидала, что технологии метавселенной сначала будут распространяться в отраслях через развлечения, где виртуальная реальность уже широко используется, затем в архитектуре и дизайне и, наконец, в производстве.

Вместо этого произошло обратное. Производство было на первом месте. Лебаредиан сказал, что, по его мнению, причина в том, что сами системы и фабрики чрезвычайно сложны и требуют возможности моделирования будущего для оптимизации и снижения затрат.

Опрос организаций, использующих цифровых двойников, проведенный Capgemini в 2022 году, показал , что организации отметили, что участники наблюдают в среднем 15-процентное улучшение продаж, времени выполнения работ и операционной эффективности. Среди опрошенных они также отметили повышение производительности системы на 25 % и улучшение устойчивости на 16 % благодаря их использованию. По данным MarketsandMarkets , только рынок цифровых двойников оценивался в 6,9 млрд долларов в 2021 году и, по прогнозам, к 2027 году вырастет до 73,5 млрд долларов.

Во многом этот интерес вызван сложностью заводов и необходимостью лучше понять, как взаимодействуют различные системы, а также как пандемия повлияла на планирование и крупномасштабное строительство. Внезапно многим производственным операциям потребовалось найти другой путь цифровой трансформации, чтобы учитывать даже мельчайшие детали с первой минуты и далее. Цифровые двойники — максимально точно смоделированные — делают это.

Это также заинтересовало Boeing, который в декабре 2021 года объявил, что намерен использовать цифровых двойников и промышленную метавселенную , чтобы связать всю свою цепочку поставок для создания самолетов. Ожидается, что иммерсивная сила моделирования конструкций, деталей и производственных процессов в иммерсивной метавселенной позволит выявлять недостатки до того, как они будут установлены, и поможет вывести самолет с чертежного стола на рынок гораздо быстрее.

Производитель аэрокосмической техники намерен играть в долгую игру, создавая цифровые инструменты, необходимые для этого, с помощью инженера-ветерана Линды Хэпгуд, которая наиболее известна тем, что взяла жгуты проводов танкера 767 и превратила их в 3D-модели. После этого рабочие были снабжены планшетами и гарнитурами HoloLens AR для работы с двигателями, что повысило качество на 90%. В усилиях по переносу цепочки поставок в метавселенную будут задействованы более 100 инженеров, и они будут опираться на эти ранние успехи.

Промышленная метавселенная имеет большие перспективы для производства с возможностями обучения, которые уже показали значительные результаты. Как виртуальная, так и дополненная реальность могут объединять команды со всего мира для совместной работы над проектами, как если бы они находились в одной комнате. Это также дает техническим специалистам в полевых условиях возможность привлекать помощь извне, которые могут накладывать информацию на свое видение. Добавление цифровых двойников также открыло совершенно новые «сверхспособности» для промышленных и бизнес-применений.

Достижения в области устройств дополненной и виртуальной реальности откроют еще больше возможностей для промышленных приложений метавселенной в будущем. Но что может принести наибольшую пользу для бизнес-применений, так это интеграция данных и машинное обучение для 3D-моделей, от которых будет зависеть иммерсивное моделирование. Это будет особенно важно, поскольку все больше отраслей начинают дополнять свои цепочки поставок приложениями метавселенной, в том числе обучать своих работников, сотрудничать и использовать цифровых двойников, с более фотореалистичными и реальными физическими симуляциями.

Все это означает, что влияние метавселенной, вероятно, будет более очевидным в ближайшие годы в промышленности, чем среди потребителей, которые изначально предполагали создатели технологий.

Изображения: Nvidia, Varjo, Siemens

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com