Перспективы применения технологий расширенной реальности в промышленности



Технологии виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной (MR) реальности можно считать следующим этапом эволюции интерфейса, которая началась с перфокарт, продолжилась клавиатурой и мышью, затем перешла к сенсорному экрану и голосовому управлению и сейчас переходит к жестам и естественным движениям [1]. В последние годы эти технологии, называемые в совокупности технологиями расширенной реальности (XR), набирают всё большую популярность в самых разных сферах жизни общества: от популярных видеоигр до медицины или изучения космоса. Не стали тому исключением и различные отрасли промышленности, где благодаря данным технологиям уже сегодня труд рабочих становится проще, издержки снижаются, а прибыли компаний растут.Россия в этом плане также не отстаёт от всего развитого мира. В нашей стране уже сегодня многие предприятия внедряют у себя на производствах XR-технологии, что позволяет получать более высокие результаты деятельности компании. Кстати, увеличению скорости внедрения XR-технологий в промышленный сектор, способствует и пандемия COVID-19, которая вынудила большое количество людей перейти на удалённый формат работы. А он как никакой другой предполагает взаимодействие между людьми с помощью современных технологий, в том числе онлайн.

Стоит также отметить, что согласно прогнозуHuaweiи ТМТ консалтинг, рост рынкаVR/AR-технологий к 2025 году составит 65.9 млрд. долларов, а в России при среднем прогнозируемом годовом росте 37 % порядка 7 млрд. руб. Данные показатели свидетельствуют, что со временем технология станет довольно массовой, а для многих отраслей экономики станет важной частью увеличения производительности труда. Это одна из причин, почему многие компании активно инвестируют в этусферу и стремятся как можно быстрее в ней закрепиться, заняв лидерские позиции [2].

Рис. 1. Прогноз роста рынка виртуальной и дополненной реальности в мире

Основные направления применения XR -технологий

Различных способов и направлений применения современных иммерсивных технологий можно выделить огромное множество. Но мы разберём их применительно к промышленности.

Передача изображения удалённого объекта на компьютер. Это один из самых распространённых способов применения AR/MR очков сегодня. Он становится крайне актуальным, например, при необходимости проведения ремонта или настройки сложного оборудования. Для этого часто требуется присутствие на месте высококвалифицированных сотрудников, но в силу удалённости (например, из-за болезни или командировки) и других причин осуществить это физически не всегда возможно. В этом случае могут помочь устройства дополненной реальности, с помощью которых другой человек сможет передавать изображение с них на ваш удалённый компьютер/планшет. Вы будете в реальном времени видеть фактически тоже самое, что и человек в нескольких сотнях или даже тысячах километров от вас и одновременно помогать ему с настройкой оборудования. Более того, вы можете работать удалённо сразу с несколькими людьми в разных точках планеты, помогая им так, как будто бы вы рядом, увеличивая свою и их производительность и улучшая результаты общей работы.

Передача планов и схем сотруднику для упрощения его работы. Как бы дополняя предыдущий пункт необходимо упомянуть о том, что вы можете заранее загрузить на устройство дополненной реальности или выслать вашему коллеге путём удалённой связи любые необходимые файлы (например, чертежи, схемы, видеоинструкции и другие). Благодаря этому он сможет видеть требуемую информацию перед глазами и работать с ней, практически не задействуя рук и не отвлекаясь на посторонние предметы. Так, например, поступают инженеры Boeingпри сборке новых самолётов [3]. Они используют очки GoogleGlass, на которых выводится пошаговая инструкция по сборке сложных технологических узлов и прокладке необходимых кабелей. Это очень ответственные и важные этапы сборки самолётов. Благодаря очкам сотруднику не приходится постоянно отвлекаться на чертежи и схемы, что позволяет сохранить концентрацию на высоком уровне и избежать ненужных ошибок. Как показала практика, такой подход позволил сократить время на сборку самолётов примерно на 25 %, а также уменьшить количество ошибок сборки.

Обучение работе в сложных технологических условиях и на новом оборудовании. Ко многим современным технологическим агрегатам и сооружениям не всегда имеется прямой доступ на производстве, либо он затруднён в следствие удалённости. А обучать персонал работе на них необходимо. И здесь на помощь приходит виртуальная реальность. В ней вы можете спроектировать любое устройство в мельчайших деталях и обучать работе с ним где угодно. Благодаря высокой детализации объектов виртуального мира ваш сотрудник после обучения будет легко ориентироваться на реальных установках. Такой подход сильно экономит время и деньги на обучение, а также позволяет одновременно обучать большее количество любой. Например, вы можете детально смоделировать работу установки непрерывной разливки стали и тренировать людей в виртуальной реальности. При необходимости можно смоделировать разные ошибки и непредвиденные ситуации, а также выводить подсказки, если человек что-то забыл или делает неправильно. После такого опыта ему будет гораздо легче взаимодействовать с реальным оборудованием и, как следствие, сократится количество ошибок разливки на нём. Кроме того, в виртуальной реальности вы можете обучить ваших сотрудников действовать в опасных и аварийных ситуациях, смоделировав любую технологическую аварию. Это позволит в подобной ситуации в реальности действовать быстро и незамедлительно, максимально сокращая потери от аварийных ситуаций.

Работа в опасных средах. Сегодня для работы в опасной производственной среде (с повышенной температурой, кислотностью, взрывоопасностью и др.) необязательно заходить в помещение, где такая среда присутствует. Туда можно отправить робота, в том числе знаменитых роботов-собак. При этом изображение с камеры робота будет передаваться на очки дополненной или виртуальной реальности, и вы сможете в реальном времени видеть, что происходит внутри недоступного помещения, а также управлять роботом для совершения различных технологических операций. Это позволяют существенно снизить риски для людей и исключить влияние опасных факторов на их жизни.

Но стоит отметить, что некоторые производители AR-устройств делают их более прочными или даже взрывозащищёнными, так как на некоторых производствах необходимы соответствующие допуски, и существуют ситуации, при которых человеку необходимо лично присутствовать в опасной зоне. Например, немецкая компания Realware производит специальную взрывозащищённую и пожароустойчивую версию своих очков RealwareHMT-1Z1 [4], которую постепенно начинают применять при ликвидации пожаров и других техногенных катастроф. Очки позволяют лучше анализировать ситуацию на местности и получать больше необходимой и важной информации для спасения людей и материальных ценностей.

Рис. 2. Промышленные очки дополненной реальности RealwareHMT-1и HMT-1Z1

Благодаря компании СИБУР появился интересный кейс с данными устройствами. Совместно с системным интегратором КРОК они создали специальное ПО [5], которое позволяет удалённому сотруднику управлять действиями другого человека во время использования данных очков. Удалённый сотрудник может работать хоть из дома, при этом видя то, что происходит на любом производстве в любой точке мира, например, в другой стране. Как показала практика, такой подход позволяет существенно сэкономить на командировках сотрудника, не теряя при этом в качестве выполняемых работ. Кроме того, это позволяет как бы обойти закрытые границы в условиях пандемии.

В кейсе реализации проекта по расширению марочного ассортимента с пуско-наладкой оборудования для предприятия «ЗапСибНефтеХим», который входит в холдинг СИБУР, в условиях пандемии такой подход позволил (данные взяты из официальной презентации компании СИБУР на конференции Techweek 2021):

– сократить затраты на карантин экспертов на 100 %, так как его не пришлось проходить,

– на 30 % была снижена тарифная ставка эксперта,

– на 4 млн. руб были сокращены расходы на проведение ПНР (пуско-наладочные работы)

– срок ПНР был сокращён на 5 дней.

Рис. 3. Отображение внутреннего интерфейса программного обеспечения удалённого доступа СИБУР и КРОК в AR-очках RealwareHMT-1

Презентация новых технологических решений. Практически любая компания стремится к развитию и использованию современных технологических решений в своём бизнесе, особенно при высокой конкуренции. Это позволяет выделиться среди конкурентов и показать свои сильные стороны с лучшей стороны. Технологии виртуальной и дополненной реальности позволяют произвести настоящий вау-эффект во время презентации компании или нового продукта на выставках и конференциях. Так как сами технологии пока что активно не применяются среди массового пользователя, то они по-настоящему удивляют. Этим уже сегодня пользуются многие крупные компании. И такая тенденция продлится ещё как минимум ближайшие несколько лет.

Для корпоративов и отдыха сотрудников. Это самый игровой и весёлый формат из всех представленных в данной статье, но он также находит активное применение. Значение качественного отдыха на результаты работы трудно переоценить, а когда отдых происходит в активной и увлекательной форме, то, как показывает практика, результативность людей только вырастает. Сегодня такой досуг позволяет организовать технология виртуальной реальности, так как в современных VR-устройствах есть много активных игр, которые стимулируют мозг и разгоняют нервную систему. Именно поэтому некоторые компании ставят в свои лаундж-зоны небольшие аттракционы виртуальной реальности.А для корпоративов данные решения уже давно применяются, особенно на праздники Новый год, 23 февраля 8 Марта и другие. Такое развлечение становится классным подарком для всего рабочего коллектива [6].

Рис. 4. Пример оборудования виртуальной реальности для развлечения и корпоративов

Плюсы применения VR / AR -технологий

Как у любых технологий, виртуальная и дополненная реальность обладают своими преимуществами и недостатками, каждый из которых в той или иной степени помогает или мешает развитию данной индустрии. Рассмотрим сначала более подробно позитивные стороны применения иммерсивных технологий.

Современные очки дополненной реальности имеют малый вес. Производители AR-устройств сегодня делают свои гаджеты очень лёгкими, чтобы те практически не ощущались при многочасовом использовании. Добиться минимального веса позволяют используемые специальные материалы (пластик, поляризованное стекло, лёгкие сплавы) и габариты устройств. Например, вес очков дополненной реальности GoogleGlass 2.0 EnterpriseEdition составляет всего 46 грамм, благодаря чему они почти не ощущаются даже во время многочасовой эксплуатации.

Рис. 5. GoogleGlass 2.0 EnterpriseEdition (слева)иEpsonMoverioBT-40 (справа) — одни из самых лёгких устройств дополненной реальности на сегодняшний вес. Масса каждого не превышает и 100 граммов

Свобода рук. Как было отмечено выше, благодаря очкам ваши руки будут полностью свободны, и вы сможете параллельно использовать другие технические средства. Это существенно экономит время на выполнение технологических операций, пуско-наладку оборудования и уменьшает вероятность ошибки при сборках сложных технических устройств.

Наглядность. Во многих очках виртуальной и дополненной реальности вы можете детально увидеть даже самые недоступные элементы технологических устройств без необходимости их разбирать или залезать внутрь. Например, благодаря программным решениям компании VRConcept [7] вы можете разобрать двигатель внутреннего сгорания или газовую горелку даже на самые мелкие детали и изучить во всех подробностях. Это позволяет узнавать принцип действия любого технологического оборудования и качественнее анализировать их неисправности.

Рис. 6. Пример внутренней среды программного обеспечения VRConcept

Возможность адаптации решений под собственные нужды. ВсёVR/ARоборудование имеет собственный контент, который можно приобретать в специализированных магазинах. Но также у всех устройств есть доступ к программам разработки и SDK, благодаря чему вы можете создать собственные приложения, которые будут решать именно ваши задачи, либо адаптировать под них уже существующее ПО.

Относительная простота применения. Современное VR/ARоборудование уже не настолько сложно, как было 20–30 лет назад. Конечно, для работы с ним требуется обучение и настройка, а для наиболее сложных устройств и разработка соответствующего ПО, но в сравнении, например, с доменными или промышленными нагревательными печами, оно гораздо проще. Ас устройствами для дома сможет справиться даже ребёнок.

Цены на устройства виртуальной и дополненной реальности падают . Устройства виртуальной реальности становятся дешевле с каждым годом и во многом благодаря усилиям крупнейших технологических компаний мира. Некоторые передовые решения стоят в России менее 40000 руб. и при этом являются полностью автономными устройствами. Такая цена уже сейчас является доступной не только для предприятий промышленного сектора, но и даже для обычного пользователя, который покупает устройство себе домой. На сегодняшний день аналогичная ситуация наблюдается и с дополненной реальностью. Сейчас существуют решения в этой области с ценами менее 100000 рублей, что также выглядит намного привлекательнее того, что было 10 лет назад. Конечно, есть решения и за 200, и даже за 500–600 тыс. рублей, например, MicrosoftHololens 2, но каждое из них решает свои задачи и имеет свою специфику [8]. Отсюда формируется и цена устройства.

Рис. 7. Прогнозируемое количество VR/AR-устройств, проданных по всему миру к 2025 году

Минусы VR / AR -устройств

Говоря о плюсах, нельзя забывать и о недостатках, которые имеются у современных решений виртуальной и дополненной реальности.

Необходимость привыкания. Несмотря на то, что сами очки дополненной и виртуальной реальности довольно просты в освоении, нашим глазам всё же требуется некоторое время, чтобы полностью адаптироваться к ним. При первых попытках использования очков у некоторых людей могут довольно быстро уставать глаза. Связано это с тем, что сама картинка, которая выводится в очках, находится довольно близко к глазам, и нам приходится подолгу на ней фокусироваться. Дискомфорт от данного эффекта исчезает довольно быстро, но время на привыкание всё-таки требуется.

Малый угол обзора. Это касается в первую очередь AR-устройств. Картинка, которую они выводят, небольшая по размерам. Это выглядит непривычно и требуется время. Из-за этого иногда приходится

Сложность написания программного обеспечения. На сегодняшний день не так много специалистов, которые умеют создавать программное обеспечение для устройств виртуальной и дополненной реальности. В данной области есть своя специфика, связанная с SDK-файлами. Кроме того, не все платформы стандартизированы и иногда требуется время для изучения нового устройства.1

Малая мощность устройств дополненной реальности. Так как большинство современных AR-решений обладает маленькими габаритами, то в них интегрируют далеко не самые производительные процессоры и модули видеопамяти. Это накладывает технические ограничения на устройства и сужает варианты их применения. Постепенно с увеличением мощности мобильных процессоров, мы сможем делать всё более компактные и при этом производительные очки дополненной и виртуальной реальности.

Цены. Несмотря на то, что AR/VRтовары становятся более массовыми и, как следствие, более дешёвыми, на сегодняшний день не существует по-настоящему доступных для массового покупателя устройств дополненной реальности. Возможно, эта проблема будет решена через некоторое время, когда свои решения в этой сфере выпустят такие корпорации, как Appleи NVidia.

Метавселенные

Одним из ключевых направлений технологии виртуальной реальности сегодня является создание и совершенствование метавселенных. В метавселенных вы можете жить в виртуальной реальности, как в реальном мире, то есть фактически вы можете ходить на работу, участвовать в совещаниях, проводить встречи, проводить весело время с друзьями и заниматься другими делами. Сами метавселенные существуют довольно давно, но в последний год им уделяется особое внимание, так как на их развитие делают большую ставку многие крупные корпорации. В них они открывают свои представительства и офисы, делают возможность покупки различных товаров с доставкой их к вам на дом в реальном мире, позволяют взаимодействовать друг с другом посредством различных контроллеров и технологий. Некоторые компании уже сегодня проводят удалённые совещания в виртуальной реальности. Это удобно, так как для такого совещания вам достаточно очков виртуальной реальности, подключённых к интернету, и всё. Хотя, иногда даже этого не требуется. Достаточно вашего телефона или компьютера и вы сможете оказаться в виртуальном мире вместе с вашими коллегами. Благодаря такой простоте вы можете погрузиться в метавселенные, где бы вы ни находились, и участвовать в любом собрании или встрече.

Рис. 8. Вариант проведения совещания в метавселенной

Интересной особенностью метавселенных является и то, что вы можете создать своего виртуального двойника, так называемого аватара, который будет выглядеть так, как вам нравится. Конечно, вряд ли на совещание с начальником вы придёте в костюме динозавра, но на неформальную встречу с друзьями в виртуальном Макдональдсе почему бы и нет. В этом выборе вас никто не ограничивает. Фактически, что-то подобное мы видели в фильме «Первому игроку приготовиться», но там неигровое направление использования метавселенных раскрыто слабо. А между тем оно имеет огромный потенциал развития в будущем. Не исключено, что со временем всё больше корпоративных совещаний будет проводиться именно в таком формате, особенно для сотрудников, работающих удалённо. Этому способствует и развитие технологий, и различные ограничения, которые вводятся в наше время.

Отметим ещё один интересный факт — метавселенными интересуются не только крупные корпорации, но и целые города и страны. Например, правительство Сеула представило план по превращению его в первый город-метавселенную [9]. Согласно плану за несколько лет поэтапно планируется перенести столицу Южной Кореи в виртуальный мир, доступ к которому будет у людей со всей планеты: вы сможете попасть в него, находясь в любой точке Земли. Планируется, что благодаря реализации такого проекта, жители города смогут пользоваться различными его сервисами и услугами, участвовать в мероприятиях, проводить встречи, не выходя из дома, а для остальных — это станет прекрасной возможностью посетить Сеул в удалённом формате, что также в перспективе может смотивировать многих приехать в страну в качестве туристов.

Несколько кейсов и примеров использования XR -технологий в различных производствах

Про опыт компании Boeing в области AR-технологий было описано выше, но другая американская производственная компания LockheedMartin также использует очки дополненной реальности для сборки истребителей F-35. Для них были задействованы очки дополненной реальности EpsonMoverioBT-200 (уже сняты с производства, сейчас используются MoverioBT-40 и BT-40S). Принцип использования аналогичен тому, который применяется в Boeing — инженерам становится гораздо проще собирать сложные технологические узлы самолёта благодаря тому, что прямо в очках выводится вся необходимая информация для сборки: чертежи, схемы, технологические инструкции. Например, когда инженер смотрит на шасси, очки выделяют крепёж, кабели и другие необходимые в определённый момент детали с номерами и показывают инструкции по их установке, включающие 3D-модели и анимацию, будто вы собираете конструктор Lego с помощью голограмм. Как показала практика, такие решения помогли сократить время на 30 %, а точность сборки — на 96 % [10].

Стоить отметить и позитивный опыт компании Volkswagen в сфере применения технологий дополненной реальности в своих сервисных центрах в Великобритании. Согласно отчёту компании, внедрив технологию дополненной реальности в процесс диагностики и ремонта, им удалось за 1 год снизить уровень выбросов CO2 на 2.5 тонны при повышении эффективности на 93 % и сократить расходы на 250000 фунтов стерлингов. Инновационная система позволяет удалённо отправлять точные визуальные инструкции инженерам из стационарных и мобильных сервисных центров, благодаря чему увеличивается скорость ремонта и диагностики, а время простоя уменьшается. Также это помогает сэкономить ресурсы на выездах специалистов сервисных центров [11].

Крайне перспективным направлением развития технологий виртуальной реальности может стать их использование для управления роботами, в том числе промышленными. Идея заключается в том, чтобы передавать изображение с удалённого робота, который может находиться за несколько сотен или тысяч километров, на очки виртуальной реальности, а оператор в этих очках управлял всеми движениями робота. Такие технологии уже активно разрабатываются, например, в Массачусетском технологическом университете [12]. Данные решения помогут упростить работу людей в сложных или опасных технологических условиях, например, в загазованных, радиоактивных средах, в зонах повышенной опасности травмирования, где необходимо работать с открытыми областями раскалённого металла, например, на металлургических заводах.

Прекрасным примером симбиоза виртуальной реальности и робототехники может служить разработанный компанией ToyotaроботT-HR3, который управляется человеком при помощи очков виртуальной реальности. Робот повторяет все действия, которые совершает оператор, что делает его отличным помощником для выполнения самых разнообразных задач [13]. Конечно, в данном направлении ещё очень много работы и именно в этой сфере можно совершит множество научных открытий, что позволит вывести данную технологию на новый уровень.

Рис. 9. Человек, который управляет в виртуальной реальности роботом Toyota

Выводы

Предлагая совершенно новый канал восприятия мира и взаимодействия с ним, технологии расширенной реальности становятся одной из самых мощных преобразующих мир технологий Четвертой промышленной революции. Мы начинаем использовать их для обучения, работы, бизнеса и развлечений. Пока это не носит массовый характер. Но судя по динамике развития индустрии, тенденциям перехода в метавселенные и её пользе для общества — это просто вопрос времени. Постепенно интегрируясь в наш мир, XR-технологии смогут сделать жизнь людей удобнее, проще и эффективнее. Однако из-за эффекта присутствия они больше, чем другие цифровые каналы, будут размывать границу между искусственными технологиями, внешним миром и ролью человеческой интуиции и субъектности [1].

Литература:

1. Шваб К., Дэвис Н. Технологии Четвертой промышленной революции. — М.: Эксмо, 2018. — 320 с.
2. Официальное исследование Huawei: https://www.huawei.ru/news/issledovanie-huawei-rynok-ar-vr-v-rossii-dostignet-7-mlrd-rub-k-2025-godu/
3. Интернет-ресурс https://arvar.org/ru/cases/boeing/
4. Официальный сайт компании Realwearhttps://www.realwear.com/
5. По материалам с весенней конференцииTechweek 2021
6. Арена виртуальной реальности https://nsk.thedeepvr.ru/
7. Официальный сайт компании VRConcept: https://vrconcept.net/
8. Интернет-магазин https://virtualnyeochki.ru/
9. Интернет-ресурс https://holographica.space/news/metaverse-seoul/
10. Интернет-ресурс https://arnext.ru/news/lockheed-martin-ngrain-18400
11. Интернет-ресурс https://www.realwear.com/blog/volkswagen-commercial-vehicles-rolls-out-realwear-augmented-reality-headsets-across-uk/?utm_content=158044194&utm_medium=social&utm_source=twitter&hss_channel=tw-774647737186779136
12. Интернет-ресурс http://bevirtual.ru/s-pomoshhyu-vr-mozhno-upravlyat-promyshlennymi-robotami-na-rasstoyanii/
13. Интернет-ресурс https://holographica.space/news/toyota-t-hr3–13620/