Применение виртуальной реальности для работы с цифровыми моделями

Виртуальная реальность – искусственно созданное пространство, воспринимаемое человеком посредством специальных технических устройств, передающих ощущения на зрение, слух, осязание и другие чувства. Для передачи объемного изображения сейчас чаще всего используются шлемы VR, а для генерации изображения персональные компьютеры с современными графическими картами. За генерацию изображения виртуального пространства отвечают графические 3D-движки, сейчас их существует достаточно большое количество они обладают разными свойствами и порой создаются под определенные узкие задачи. Главным аспектом VR является не только синтез ощущений, но еще и обратная реакция на действия человека в этом пространстве.

Что такое VR на самом деле?

Это человеко-машинный интерфейс, такой же как монитор, клавиатура и мышь, но во много раз эффективней.

Главное для человека – это восприятие, сильно связанное с вестибулярным аппаратом. Наблюдая мир через монитор, мы не воспринимаем его реальным, живым, мы не ощущаем там своё присутствие, и в связи с этим мы не воспринимаем его корректно. С этим связано много иллюзий и ошибок восприятия, которыми пользуются режиссеры, операторы и художники.

Если бы у нас не существовало объёмного восприятия, мы воспринимали бы окружающий мир так же, как картинку в мониторе, что привело бы к постоянным столкновениям с объектами вокруг нас, бесконечным спотыканиям и невозможностью брать предметы. VR даёт восприятие глубины, объема и расстояния, именно поэтому эффективность VR, как показывает аналитика по уже внедрённым проектам, даёт преимущество перед тем, что использовалось прежде, в анализе и обсуждении 3D-чертежей изделий, что повышает точность и безопасность создаваемых объектов, сокращая время от идеи до реализации, и экономит деньги.

Первые технологии VR появились во второй половине прошлого века и прошли серьезный путь развития за этот промежуток времени, эволюционировав от оборудования, занимающего несколько этажей, до компактного и лёгкого шлема. Традиционно виртуальную реальность принято ассоциировать с игровой индустрией, но на деле, сегодня, в ней задействовано порядка 3 миллионов шлемов из реализованных 20 миллионов. На 2020 год 70% шлемов задействованы в бизнесе, промышленном применении и образовании.

На данный момент виртуальная реальность помогает решать широкий спектр различных проблем, неизбежно возникающих в процессе производства. В 21 веке компании сталкиваются с такими сложностями, как большие затраты времени и ресурсов на согласование проектов, высокая стоимость ошибок, совершённых на этапе проектирования, сложность оценки эргономики и удобства обслуживания не реализованного физически проекта, высокая стоимость макетов и невозможность быстро посмотреть различные конфигурации, травматизм сотрудников и порча дорогостоящего оборудования в связи с недостатком практического опыта у работников.

Технология VR позволяет разрешить эти проблемы посредством создания виртуального прототипа содержащего данные об объекте: конструкторская документация, имитационная модель, технологические процессы и методику проведения обучения. Это позволяет проводить наглядные обсуждения между удалёнными офисами, подключая специалистов, во время создания комплексных проектов, таким образом VR реализует функцию дисциплинарной коммуникации, создавай синергию в проектной деятельности. В итоге это дает снижение сроков и средств на выполнение опытно-конструкторской работы, время на согласование проекта и приёмку рабочей документации, эффективность коммуникаций значительно возрастает вместе с эксплуатационными характеристиками объекта и качеством, точностью дизайна проекта.

Технология VR не отменяет обучение на реальных объектах, а позволяет проводить предварительную подготовку сотрудников не по сухим инструкциям и не на дорогостоящих макетах оборудования, а в виртуальном пространстве, что приводит к снижению рисков возникновения аварийных ситуаций, затрат на обслуживание оборудования, ошибки и простои, а эффективность обучения значительно возрастает.

Многие компании по всему миру уже используют VR для решения своих проблем. Какие задачи компаниям помогает решить использование виртуальной реальности – именно об этом мы вам сейчас расскажем.

Кейс 1

Обсуждение будущие проекта на основе 3D-чертежей конструкторской документации

Эффект от внедрения VR: использование виртуальной реальности, помогает снизить в 2 раза время на согласование конструкторской документации, подключать к обсуждению удалённые офисы, с которыми в едином виртуальном пространстве можно проводить анализ и обсуждать проект дистанционно, без командировок. Использование VR на этапе проектирования позволяет выявлять большее количество критических ошибок, что позволяет избежать крупные расходы на внесение изменений в изделие на этапе сборки и эксплуатации.

Примеры:

Машиностроительный холдинг «Синара – Транспортные машины»

Холдинг занимается производством локомотивов, и они хотели усовершенствовать процессы проектирования. В 2019 году компания внедрила технологию VR для задач анализа конструкторской документации, эргономичности операций обслуживания и ремонта локомотивов в виртуальной реальности. Внедрение VR позволило трансформировать процесс разработки, оценить производственные показатели внутри локомотива. Это улучшает качество обслуживания и потребительские свойства новой техники.

Решением стало внедрение на предприятии используются 2 рабочих места VR, в каждый комплект входит VR Concept, шлем HTC Vive и графическая станция.

Центр виртуальных исследований ОАО «ЦТСС»

В 2014 году в ОАО «Центр технологии судостроения и судоремонта» введен в эксплуатацию новый научный и инженерный исследовательский центр – Центр виртуальных исследований.

С использованием VR стало доступно обсуждение проекта в масштабе 1:1, коллективная работа над проектом, визуализация 3D-моделей продукции на всех этапах жизненного цикла, проверка интерьера и экстерьера, работа с CAD-моделями, выявление ошибок, виртуальные прогулки по моделям, анализ возможности выполнения технических работ в маленьких и тесных помещениях, разработка и обкатка рабочих технологий параллельно с созданием изделий и многое другое. В результате снизились финансовые и временные затраты на командировки и обучение, сократились количество ошибок, их стоимость, время на аналитику, на согласование проекта, сроки на его реализацию, повысилось качество принятия решений и качество построенного объекта с точки зрения эксплуатации.

Используется 4-х экранная система Barco-I-Space, включающая в себя специализированные компоненты для 3D-визуализации, обеспечения работы с CAD/CAM/PLM пакетами, интерактивного взаимодействия с САПР, обратной тактильной связи с 3D моделями. В том числе используются шлемы VR, например, HTC Vive.

Кейс 2

Демонстрации крупногабаритных объектов на выставках.

Эффект от внедрения VR: с помощью виртуальной реальности можно визуализировать продукты компании, демонстрировать модели в масштабе 1:1 без серьёзных финансовых затрат на транспортировку и аренду площади под объект, презентовать цифровые модели и показывать сразу несколько проектов.

Пример:

АО «Концерн «Моринформсистема-Агат»
Концерт часто демонстрирует продукцию на выставках и презентует ассортимент габаритных изделий. В результате использования VR снизились затраты на выставочные площади за счёт отказа от натурных прототипов, появилась возможность презентовать всю продукцию, в том числе ту, которая ранее не могла быть представлена на выставке, и, в качестве приятного дополнения, компания стабильно привлекает внимание посетителей самим фактом использования технологии.

Решение было осуществлено с помощью шлемов VR HTC Vive.

Кейс 3

В связи с недостатком опыта работники получают травмы на производстве

Эффект от внедрения VR: обучение и тестирование персонала на основе прототипа в масштабе 1:1 позволяет повысить скорость и качество обучения, снизить вероятность аварий и поломок, сделать подготовку специалистов к работе со сложным оборудованием менее затратной, дав им возможность получить реальный опыт без риска повредить оборудование. Также использование VR может ускорить процесс запуска проекта, если, например, вести обучение будущих операторов цехов параллельно с проектированием этих самых цехов.

Пример:

Ford Motor Company
Автоконцерн сократил количество травм на производстве на 70%, используя VR-лабораторию. В концерне стремятся оптимизировать и обезопасить рабочее пространство операторов и всю монтажную линию. Действия человека регистрируются более чем полусотней датчиков, расположенных на его теле, информация о движениях переносится в базу данных, и специалист по эргономике может на основе этой информации отыграть и проверить различные сценарии, чтобы максимально обезопасить труд работников концерна.

Кейс 4

Из-за большого количества номенклатуры изделий и маленького числа сотрудников в процессе монтажа происходит много ошибок и тратится много времени на поиск карт и обучение сотрудников.

Эффект от внедрения VR и MR: использование VR и MR (смешанная реальность) позволяет сократить путь к необходимой технологической карте и количество ошибок благодаря более качественному обучению сотрудников, которое становится таковым благодаря подробной, наглядной и объемной инструкции в масштабе 1:1 в виртуальном пространстве. Благодаря использованию современных технологий достигается высокая включенность сотрудников в обучение. Так же при помощи VR можно сымитировать внештатную ситуацию без финансовых затрат и не подвергая сотрудников реальной опасности, но давая им возможность получить практический опыт.

Пример:

Завод Буровых Технологий (дочернее предприятие Кировского завода)

Завод специализируется на проектировании, производстве различной буровой техники и инструментов для буровых работ, в том числе у компании есть собственная сервисная бригада. Конструкторский отдел компании ведет проектирование всех изделий в САПР. Компания приняла решение провести пилотирование технологий VR и MR, чтобы облегчить работу слесарю, которому приходится сталкиваться каждый день с разными изделиями, так как завод постоянно расширяет линейку изделий.

В результате пилотирования технология показала возможности, как помощник слесарю в работе по сборке изделия, так и для подготовки специалистов, обучения новых сотрудников монтажу, поскольку в обучении стало возможно применять различные сценарии.

Для реализации пилота были использованы шлем смешанной реальности Meta 2, HP Reverb и графические станции в форм-факторе ноутбука.

Это лишь малая часть примеров использования технологии VR для оптимизации бизнес процессов на производстве используя конструтрукторскую документацию на основе цифровых моделей реализованных в САПР. На данный момент компании активно внедряют технологию VR в свои производства, но это происходит, к сожалению, очень медленно. На рынке не хватает кадров, умеющих обращаться с виртуальной реальностью, поэтому активнее всего технологию внедряют в сферу образования. ВИШ МИФИ, БГТУ им. Шухова, РУДН, МГСУ, ДВФУ, ПГУПС и многие другие ВУЗы уже широко используют VR и внедряют технологию в подготовку специалистов, которые будут свободно обращаться с технологией VR.