Виртуальная, дополненная и смешанная реальность может принести пользу индустрии автоматизации процессов

1. Типичные случаи применения
2. Смешанная реальность: пример использования
3. Практические преимущества и проблемы
4. Бесшовное взаимодействие

Везде, где программное обеспечение поддерживает людей на работе, возникает вопрос о лучшем человеко-машинном интерфейсе (HMI). Другими словами, как и где можно представить данные, необходимые человеку, чтобы их можно было понять, легко найти и использовать на практике? Это также относится к повседневной работе в области автоматизации, особенно в перерабатывающей промышленности, будь то при эксплуатации установки или при проведении работ по обслуживанию и техническому обслуживанию. Могут ли решения из области смешанной реальности упростить работу пользователей в будущем?

Поскольку многие люди не обязательно полностью знакомы с терминами виртуальной, дополненной и смешанной реальности, вот несколько определений. Виртуальная реальность понимается как полная симуляция виртуальной реальности. С другой стороны, дополненная реальность расширяет физическую реальность, добавляя виртуальные аспекты. Наконец, термин «смешанная реальность» используется в настоящее время для описания всех сред, лежащих между полюсами физической и виртуальной реальности; таким образом, он используется как общий или общий термин (рисунок 1). Таким образом, спектр смешанной реальности, с одной стороны, ограничен физической, а с другой - виртуальной реальностью.

Типичные случаи применения

Прежде чем обсуждать, возможно ли уже технически использовать смешанную реальность в обрабатывающих отраслях сегодня - и если да, то каким образом - возникает вопрос о том, какими могут быть потенциальные приложения? Существуют ли приложения, которые могут выиграть от такого интерфейса, сейчас или в ближайшем будущем? Ответ - да. Существует большой потенциал в обслуживании растений.

На обширных предприятиях перерабатывающей промышленности бывает трудно даже найти компоненты, которые необходимо обслуживать. В этой ситуации можно было бы предположить, что решение смешанной реальности, так сказать, «проведет» сотрудника по заводу. Непосредственно на месте он может отображать информацию о компонентах, требующих технического обслуживания, и предоставлять доступ к необходимым документам. И пока все это происходило, у техника была бы свободна обе руки, чтобы сконцентрироваться на реальной задаче.

Существует также потенциально полезное приложение на уровне контроля. Вместо того, чтобы отображать информацию о распределенной системе управления на больших экранах в центральной точке, она могла бы отображаться на головных устройствах (HMD). Благодаря связанной с этим свободе мобильности стало бы возможным сравнить видимое состояние установки с измеренными значениями от отдельных устройств на месте.

Другая потенциальная область применения - это повторяющиеся процессы - однообразные, но важные задачи. Здесь также есть применение для решений смешанной реальности. Выполняя такие действия, люди, как правило, устают и легче делают ошибки. Соответствующие концепции смешанной реальности могут помочь сотрудникам работать более эффективно, выполняя неизменяющиеся процессы в автоматизированной форме и документируя все этапы.

Есть, конечно, много других потенциальных областей применения решений смешанной реальности, кроме примеров, упомянутых здесь; таким образом, безусловно, целесообразно рассмотреть вопрос о технической осуществимости.

Смешанная реальность: пример использования

Rösberg Engineering GmbH в Карлсруэ, Баден, Германия, принял этот вызов. Предприятие специализируется на обрабатывающей промышленности и предлагает услуги по модернизации и строительству технологических установок, а также программные решения, которые помогают инженерам и операторам в их работе на протяжении всего жизненного цикла. Как эксперты по автоматизации, мы всегда концентрируемся на вопросе о том, какие тенденции будут влиять на сектор в будущем, и рассматриваем аспект того, насколько они реально могут быть реализованы. По этой причине компания доверила Стефану Стегмюллеру, студенту курса двойного обучения по информационным технологиям, задачу изучения современного состояния техники в этой области для его дипломной работы бакалавра. Стегмюллер также изучил практическое использование решения смешанной реальности, разработав эксперимент, который воспроизвел реальную ситуацию на станции, с целью оценки времени и ресурсов, необходимых для реализации решения, и выявления потенциальных трудностей.

Вариант использования, выбранный для исследовательского проекта, основывался на программе Plant Assist Manager (PAM), разработанной экспертами по автоматизации компании Rösberg (рис. 2). Это программное обеспечение помогает пользователям выполнять и документировать рабочие процессы, такие как заполнение автоцистерн. Рабочие процессы оптимизируются, автоматически документируются и затем отображаются, например, на мобильных устройствах. С помощью специального контрольного списка пользователь проводит рабочие процессы и сразу получает всю необходимую информацию. Для этого приложения HMD будет идеальным в качестве HMI. Бакалаврская работа была сосредоточена на проверке осуществимости и полезности этого подхода.

Для этого Stegmüller работал с экспериментальной конструкцией, которая представляла собой уменьшенную версию реальной установки для наполнения резервуаров (рис. 3). При заполнении резервуаров химикатами важно избегать всех ошибок, так как они могут быть опасными. Здесь поддержку оказывают соответствующие контрольные списки. Цель состояла в том, чтобы провести пользователя через процесс заполнения, используя Microsoft HoloLens.

Практические преимущества и проблемы

Преимущества этого решения очевидны: сотрудникам больше не нужно переключаться между выполняемой задачей и планшетом с необходимыми инструкциями. Они имеют всю информацию непосредственно «на виду» во время работы. Они могут подтвердить выполненные действия с помощью голосовой или жестовой команды, и обе руки свободны для работы. Более того, работа таким образом становится намного более интуитивно понятной, если необходимые рабочие инструкции напрямую связаны с соответствующим компонентом установки или клапаном, который необходимо открыть.

Основные проблемы были связаны с выбором правильного метода отслеживания, то есть вопроса о том, как лучше всего закрепить виртуальный контент в реальной среде. Это важно для отображения отображаемой информации в нужном месте и в нужное время. В основном доступны следующие методы: магнитное или инфракрасное слежение; слежение с видимым светом; или система, использующая инерцию (инерциальная единица измерения [IMU]). При отслеживании в видимом свете дополнительно проводится различие между отслеживанием с использованием естественных элементов, отслеживанием по ссылкам или отслеживанием на основе модели.

Стегмюллер сообщает: «В случае, который меня интересует, я в основном рассматривал возможности отслеживания с естественными характеристиками, то есть выдающихся характеристик воспринимаемых естественных изображений, и отслеживания с помощью контрольных меток, таких как QR-коды. Окончательный выбор сначала пал на QR-коды, а затем был изменен на маркировку в виде изображений с треугольниками случайного размера, последовательности и поворота (рис. 4). Этот вариант оказался выгодным, поскольку эти воспринимаемые изображения могут быть однозначно идентифицированы с помощью используемого алгоритма. При использовании QR-кодов в качестве опорных точек для виртуального контента во время оценки могут возникать ошибочные идентификаторы из-за их базового структурного сходства ».

Бесшовное взаимодействие

Еще одной большой проблемой при внедрении системы было взаимодействие между отдельными компонентами, такими как ПЛК, базы данных, программное обеспечение и HoloLens. Какие компоненты совместимы, и где еще нужно разрабатывать интерфейсы? Концепции, первоначально разработанные для системы, должны были быть переосмыслены и адаптированы несколько раз. В ходе исследовательского проекта выяснилось, что использование решения смешанной реальности в производственной практике вполне реально. Конечно, затраты ресурсов должны быть сопоставлены с выгодами в каждом конкретном случае. Стегмюллер резюмирует: «В ближайшие несколько лет многое будет происходить в этой области, и я, конечно, могу представить себе гарнитуры смешанной реальности, такие как HoloLens, которые откроют практические применения в обрабатывающей промышленности в обозримом будущем. Практические испытания показали, что этот HMI и такие инструменты, как Plant Assist Manager, идеально дополняют друг друга. Мы с нетерпением ждем первых применений в производственной практике ».

С Эвелин Ландграф, специалистом по маркетингу Rösberg Engineering GmbH, можно связаться по адресу [email protected].