AR и VR в промышленности. Как иммерсивные технологии помогают заводам

AR-консультации реализуют при несложном техническом оснащении. Требуются AR-очки и видеоплатформа на стороне «консультируемого», а также ПК или ноутбук с доступом в интернет на стороне «консультирующего».

Очки. У СИБУРа высокие требования по взрывозащищённости, поэтому из всех существующих решений мы выбрали очки компании RealWear — модели HMT-1 и HMT-1Z1. Они оснащены 16-мегапиксельной камерой, LCD-дисплеем, модулями Wi-Fi и Bluetooth. Начинка — Android 8.0. Очки распознают голосовые команды при шуме в 95 дБ и освобождают руки специалиста для работы с инструментом.

В некоторых случаях, когда работы не требуют свободных рук, вместо очков мы используем смартфоны. Например, при обходе или аудите оборудования не нужны манипуляции, и специалист просто транслирует видео с помощью камеры телефона.

Видеоплатформа для AR включает сервис по работе с заявками (в интуитивно-понятном интерфейсе сотрудники заполняют форму и отправляют запрос на AR-cеанс), медиасервер WebRTC (отвечает за трансляцию видео- и аудиосигнала) и Web-сервис (обеспечивает работу удаленного эксперта через Интернет с применением шифрования данных).

Представьте себе ситуацию: на заводе остановился реактор немецкого производства (постучим по дереву). Чтобы определить неполадку и починить установку, приглашают специалиста компании-производителя. Фактически это означает, что нужно найти свободное окно в графике эксперта, оформить ему российскую визу, купить авиабилеты, разместить в гостинице и оплатить стоимость консультации. Помимо внушительных денежных затрат расходуется много времени. Чтобы провести работы, которые занимают 2-4 часа, приходится ждать несколько дней, а то и целую неделю. Всё это время завод стоит. А что делать, если еще и границы закрыты?

Для проведения сеанса исполнитель надевает очки. За пять минут до начала он калибрует изображение, чтобы обеспечить корректность видеоряда. В это время приглашенный специалист подключается по видеосвязи через web-сервис: свою картинку он видит на экране ПК или ноутбука. Начинается сеанс. Сотрудник на месте с помощью камеры очков показывает, в чем проблема. Удаленный консультант комментирует ситуацию, используя голосовую связь, а также всплывающие сообщения на экране. Под его чутким руководством исполнитель чинит неполадку. При необходимости консультант выводит на экран схемы, чертежи и инструкции, а если нужно обратить внимание на конкретную деталь, то использует указку. После сеанса видео можно выгрузить из очков в удобном формате.

AR-подход, описанный выше, работает не только для разовых ремонтных задач. Для его применения на любом заводе в принципе нет ограничений. Предпроектные обследования и аудиты, инспекции, входной контроль оборудования, надзор за проведением работ, устранение ошибок ПО, обучение и инструктаж сотрудников — в любых случаях, когда очное присутствие необязательно, консультацию можно проводить в формате дополненной реальности. Специалист в удобное время подключается через интернет-соединение к очкам и проводит сеанс.

Такой подход позволяет сэкономить миллионы рублей за счёт снижения командировочных расходов, часов работы консультантов и простоя оборудования. В 2020 году мы, к примеру, получили более 20 млн рублей экономии за счёт применения комплекса AR.

На заводе «СибурТюменьГаз» мы проводили ремонт реактора. Обычно эту работу выполняют с привлечением подрядчика: он прилетает к нам со специальным роботом, чья функция — ездить по покрытию установки и изучать его качество. Робот делает замеры, а подрядчик анализирует собранные данные. Если все показатели в норме, мы запускаем реактор.

Однако на тот момент границы были закрыты, и специалисты не могли приехать в Россию. Но работала почта, и нам прислали робота, которого между собой мы прозвали «Собакой» из-за внешнего сходства с четверолапым другом.

Поскольку управлять роботом мы тогда не умели, первые AR-сеансы посвятили обучению. Надев очки, специалисты изучали, как перемещать «Собаку», делать замеры и анализировать их. В процессе мы нашли поломку и починили ее — также под руководством удаленных консультантов. Затем, используя AR, мы наконец провели ремонтные работы, оценили состояние реактора с помощью «Собаки» и запустили его. Весь процесс занял меньше недели, а при обычных условиях вместе с перелетами он продлился бы как минимум 14 дней.

Основная функция виртуальной реальности в промышленности — обучающая. VR-тренажеры на основе симуляции эффективно передают навыки и знания персоналу, сокращая срок достижения ими высокого уровня компетентности.

В безопасной VR-среде специалисты приобретают и отрабатывают основные навыки эксплуатации и обслуживания предприятия, изучают проверенный алгоритм действий в разных ситуациях. Это может быть техника безопасности на производстве, работа над синхронностью операций нескольких сотрудников - редко повторяемые, но критичные процедуры. Благодаря виртуальной реальности человек не просто формально запоминает порядок действий, но и визуально отрабатывает порядок действий на каждом этапе работы, при плановой или нештатной ситуации.

Особенно этот инструмент помогает новым сотрудникам, у которых еще мало опыта. Реалистичная и тщательно спроектированная виртуальная обучающая среда позволяет им знакомиться с заводом и его работой задолго до того, как они приступят к выполнению обязанностей.

VR-технология позволяет обучать большое число людей и создавать целые образовательные курсы в промышленности. Несколько лет назад совместно с Министерством просвещения мы создали пять виртуальных программ по следующим направлениям: сварщик, лаборант-аналитик, инженер беспилотных летательных аппаратов, слесарь КИПиА и инженер аддитивных технологий. Сейчас их применяют для обучения студентов города Тобольска.

Иммерсивное обучение реализуют как на уровне VR-тренажера для работы с отдельной установкой, так и в масштабе целого виртуального завода. Здесь возможности ограничены лишь бюджетом компании: стоимость создания одного подобного тренажера в России начинается от 5 млн рублей.

Для обучения используют шлем, джойстики-контроллеры и мощный компьютер, который «потянет» большой объем данных.

Мы используем шлемы компании HTC — модели Vive. Они оснащены двумя AMOLED-экранами с разрешением в 2880 x 1600 пикселей и углом обзора 110 градусов, встроенными наушниками с поддержкой Hi-Res звука, системой отслеживания SteamVR Tracking, акселерометром, гироскопом и датчиком приближения. Благодаря сенсорам шлем отслеживает положение человека и адаптирует видеоряд, создавая ощущение реальности происходящего.

Все действия в виртуальной реальности мы выполняем с помощью контроллера-джойстика. По беспроводной связи он взаимодействует с виртуальным пространством и позволяет специалистам последовательно изучать, а затем повторять показанные операции. Контроллер включает в себя 24 сенсора, двухступенчатый триггер и тактильную обратную связь.

Обычно VR-обучение проходит в три этапа: изучение материала, тест и контроль. На этапе изучения виртуальный инструктор объясняет суть задачи, показывает, что нужно сделать, и дает подсказки. Студент смотрит материал и повторяет увиденное, а затем сравнивает свой результат с эталонным и определяет точность повторения операции.

На тестовом этапе нет подсказок и виртуального инструктора. Если студент совершает ошибку, система сообщает о ней и возможных последствиях, после чего позволяет пройти сценарий до конца и формирует общий отчет об ошибках.

В контрольном режиме сценарий тот же. Однако при любой ошибке система автоматически выбрасывает студента в начало обучающего модуля. Пока студент не выполнит все операции идеально, он каждый раз будет проходить модуль с нуля.

Еще одно направление использования виртуальной реальности — VR-прототипирование. Особенно оно популярно в машиностроении. Самолеты, поезда и автомобили раньше проектировали с помощью кульманов. Сегодня же их разрабатывают в виртуальной реальности.

Например, компания Ford Motors использует свою разработку под названием FIVE (Ford Immersive Vehicle Environment) для создания виртуальных образов еще не существующих транспортных средств. Так инженеры компании изучают будущие автомобили в мельчайших деталях и вносят необходимые доработки. Благодаря интернету и FIVE они могут привлекать удаленные команды разработчиков.

VR также помогает производствам предсказывать риски нештатных ситуаций, связанные со сборочной линией. Моделируя виртуальную производственную среду, компании могут вовремя выявлять потенциальные угрозы и устранять их.

В рамках цифровизации производства СИБУР активно развивает оба направления иммерсивных технологий. Шесть VR-классов с тренажерами внедрено в учебном центре СИБУРИНТЕХ. Также виртуальная реальность разворачивается для Амурского газохимического комплекса, где работа подразумевает газоопасную среду, которая повышает потребность в VR-обучении сотрудников.

Что касается комплекса AR, мы существенно расширили сферу его применения. Используя дополненную реальность, сотрудники нашего Технического сервиса дистанционно консультируют клиентов по переработке продукции, выпускаемой Холдингом. Специалисты сервиса отправляют клиенту AR-очки и помогают с настройкой оборудования, вместо того чтобы ехать самим.

Технология существенно сокращает финансовые и временные издержки компании и её клиентов. AR-очки уже применяются на регулярной основе для обслуживания оборудования у клиентов в России и СНГ, а в скором времени будут тиражированы для Китая, Европы и Турции.

Кроме того, в июне 2021 года мы сделали комплекс AR доступным для внешних заказчиков. Продукт является готовым решением, и его можно внедрить на любое предприятие, минуя долгие этапы пилотирования и интеграции.