Wirtualna Rzeczywistość w połączeniu z Wirtualnymi Bliźniakami
Wirtualna rzeczywistość jest jedną z nowych technologii, których użycie rośnie z dnia na dzień. Lista głównych jej zastosowań jest długa i stale rośnie. W ekosystemie produktów Dassault Systemes VR znacznie rozszerza możliwości technologii Digital Twin, włączając nasze ciało i jego zmysły do interakcji z wirtualną reprezentacją samego produktu - nawet jeśli jest on jeszcze w fazie projektowania. Przy czym naszym produktem może być także linia produkcyjna czy cała fabryka.
Ergonomia w wirtualnej rzeczywistości: badanie projektów w skali 1:1
Przyjrzyjmy się badaniu ergonomii. Jest ono o wiele łatwiejsze gdy możemy ją weryfikować widząc cyfrowy model w trójwymiarze, w skali 1:1, z 360 stopniową swobodą ruchów głowy. Gdy nasze ruchy ciała, rąk i głowy są jednoczesne w świecie realnym i wirtualnym. W odróżnieniu od obsługi komputera i aplikacji, ruchów w świecie VR nie musimy się uczyć, bowiem korzystamy z własnego ciała. Jeśli jakiś obiekt znajduje się w zasięgu naszej ręki w świecie realnym, to dokładnie tak samo jest w świecie wirtualnym. Jeśli w danym miejscu w świecie VR widzimy przedmiot przesłonięty innym przedmiotem, to i w świecie realnym będzie tak samo.
Nawet osoba bez doświadczenia technicznego jest w stanie dokładnie zapoznać się z naszym projektem i lepiej go zrozumieć, bo widzi go tak jakby on rzeczywiście przed nią stał i działał. Może go obejść na własnych nogach, zajrzeć do jego wnętrza, a nawet przenikać przez ściany. Zalety te mają swoje zastosowanie bez względu na to czy optymalizujemy ergonomię samego produktu, czy też stanowiska produkcyjnego na którym on powstaje. Istnieje nawet możliwość śledzenia ruchów ciała i ich odzwierciedlenie na wirtualnym manekinie reprezentującym statystyczne cechy budowy ciała określonej płci, wieku i rasy. Dzięki temu możemy zbadać funkcjonowanie naszego projektu skierowanego także do ściśle sprecyzowanego odbiorcy lub na określony rynek.
Zastosowanie technologii VR w codziennych projektach
Skoro wspomnieliśmy o fazie powstawania produktu to równie ważnym zastosowaniem VR jest możliwość konsultowania projektu w trakcie jego powstawania zarówno z innymi osobami w naszej firmie, jak i z klientem. Dzięki zastosowaniu Wirtualnej Rzeczywistości nie konsultujemy rysunku technicznego, na podstawie którego trudno sobie wyobrazić złożony obiekt, ani nawet małej „makiety” na ekranie komputera, jak to ma miejsce w przypadku modelu 3D z systemu CAD, takiego jak oprogramowanie SOLIDWORKS, ale od razu gotowy pełnowymiarowy projekt z zachowaniem jego wszystkich zależności. Co najważniejsze aby wejść w interakcję z obiektem, nie musimy tworzyć fizycznego prototypu, wystarczy nam znacznie tańszy i gotowy od ręki, model CAD, który staje się wirtualnym prototypem w świecie VR. Nie inwestujemy więc czasu i środków w żadne dodatkowe procesy, a zaczynamy korzystać z VR od ręki.
Technologia VR pozwala szkolić człowieka do pracy z maszyną, której fizycznie nie ma, albo dlatego że jest dopiero projektowana, albo dlatego, że znajduje się fizycznie w innym miejscu niż szkolony człowiek. Unikamy problemów z wypadkami podczas nauki, marnowaniem materiału, uszkodzeniami przyrządów, kontaktem z czynnikami zagrażającymi życiu i zdrowiu, a nawet kosztami udostępnienia samej maszyny. Możemy optymalizować stanowisko robocze zanim ono powstanie, albo niezależnie od tego, że jest obciążone w danej chwili pracą. Do tego dochodzi redukcja błędów montażowych dzięki dogłębnej znajomości projektu przez zespoły serwisowe oraz redukcja kosztów produkcji dzięki optymalizacji procesów.
Dla mnie szczególnie ciekawym przypadkiem jest możliwość konsultowania projektu na odległość. Za pomocą dwóch par gogli i dostępu do platformy 3DEXPERIENCE od Dassault Systèmes możemy nie tylko jednocześnie widzieć ten sam obiekt w świecie wirtualnym, ale także reprezentacje samych siebie. Dzięki temu koszt podróży i ryzyko epidemiologiczne to kolejne bariery, które znikają dzięki nowoczesnym technologiom. Platforma 3DEXPERIENCE pozwala na swobodny spacer po wirtualnej fabryce wraz z naszym klientem, który znajduje się na innym kontynencie. Zapewnia to niewątpliwie dużo lepsze możliwości konsultacji projektu w trakcie jego powstawania, co pozwoli uniknąć niedomówień i w rezultacie kosztownych poprawek.
Podobnie gdy zastosujemy VR do wizualizacji wyników symulacji zjawisk fizycznych. Możemy zobaczyć badany obiekt w rzeczywistym rozmiarze, obejść go i jednocześnie przyjrzeć się nałożonemu na niego rezultatowi badania na przykład strug powietrza opływających go podczas ruchu. Albo efektom jego odkształcenia pod wpływem zadanych sił. Dzięki temu nawet laik łatwiej zrozumie wynik badania.
VR jako narzędzie do oceny i promocji produktów
Dzięki tej technologii możemy wykonywać działania w których nie ograniczają nas warunki świata fizycznego. Możemy z druga osobą obejrzeć jak będzie wyglądała ta część naszego projektu, która nie jest dostępna po zbudowaniu fizycznego przedmiotu: znajduje się za wysoko lub panuje w niej wysoka temperatura lub ciśnienie. Możemy też ocenić w ruchu mechanizmy, które zazwyczaj są osłonięte i lepiej przedstawić zasadę ich działania.
Jest to doskonała technologia do wykorzystania także przez działy marketingu, sprzedaży, czy badania rynku. Wiele firm produkujących przedmioty codziennego użytku wykonuje testy konsumenckie. Dzięki VR możemy pozbyć się jednego z ograniczeń tych testów. Skoro nie musimy posiadać fizycznych prototypów to możemy zmniejszyć koszty, a potencjalnym nabywcom zaoferować większą ilość wariantów produktu do oceny. Dużo łatwiej też przedstawić drogie w zastosowaniu materiały. Technologia VR potrafi nawet badać ruchy gałek ocznych i tworzyć z nich mapę punktów, na których nabywca zatrzymuje na dłużej wzrok, co pozwala na ocenę atrakcyjności danego wariantu wyrobu, czy jego wykończenia.
Wirtualna Rzeczywistość to także doskonałe narzędzie do pokazania produktów na targach i prezentacjach, gdy obiekty są niemożliwe do przetransportowania ze względu na gabaryty, których przygotowanie na targi jest kosztowne, bądź których fizycznie nie posiadamy ze względu na jednostkową produkcję.
VR w obsłudze klienta i montażu złożonych rozwiązań przemysłowych
Jeśli chodzi o naszych dotychczasowych odbiorców zakres firm jest szeroki - od świeżo utworzonych startupów, po wielooddziałowe globalne koncerny z praktycznie każdej branży. Każdy klient to inna, ciekawa historia. Wspomnę o dwóch tylko. Pierwszy projektuje i wdraża rozwiązania przemysłowe, z których każde jest na specjalne zamówienie i nie ma dwóch podobnych. Cały proces produkcji komponentów tego rozwiązania dla jednego klienta może trwać wiele miesięcy. Dlatego wysyłanie produktu do montażu odbywa się w tym samym czasie, w którym produkowane są kolejne elementy. W związku z tą złożonością produktu i procesu pierwszy kompletny montaż odbywa się od razu u klienta. Bez prób u siebie. Jak więc zapoznać ekipę montażową z oczekiwanym finalnym efektem? Jak wyjaśnić działanie kompletnego rozwiązania? Jak je zaprezentować kolejnemu nabywcy z innego kontynentu? Nie znam technologii innej niż VR, która tak dobrze odpowiada na te potrzeby.
Druga firma wykonuje linie technologiczne do montażu w istniejącej fabryce. Problem w tym, że musi się dostosować do istniejącego terenu, budynków i specyficznych potrzeb swojego klienta. Platforma 3DEXPERIENCE pozwala na wczytanie danych o terenie, dodanie chmury punktów ze skanera 3D dokumentującego budynek oraz umiejscowienie linii technologicznej z modelu SOLIDWORKS. Dzięki platformie 3DEXPERIENCE możemy zbadać czy linia nie koliduje z podporami budynku. Sprawdzić, czy wózek zmieści się między ścianą na osłonami linii. Pozostaje ostatnia przeszkoda: jak klient końcowy może przejść się po zamówionej fabryce i zbadać czy odpowiada jego założeniom? Dzięki technologii VR taką wizytę możemy wykonać przed wyprodukowaniem najmniejszej części i to podczas pandemii, nawet z własnego domu. Nie jest żadną przeszkodą to, że każdy z uczestników wirtualnego spaceru jest w innym kraju.
Jak skutecznie wdrożyć VR w firmie – od celu do technologii
Choć znajomość technologii VR nie jest wbrew pozorom mała, to jednak często firmy nie mają pojęcia, jak zaadaptować tego typu rozwiązania u siebie. Polecałbym każdej firmie, niezależnie od tego jak zamierza korzystać z VR, rozpocząć rozważania od określenia celu zastosowania VR. Stąd kolejnym nasuwającym się krokiem będzie wybór oprogramowania, które ten cel będzie mogło zrealizować. Dopiero ostatnim etapem powinien być wybór technologii VR/AR, zaprojektowanej do celów biznesowych.
Spotykam się często z sytuacją, gdy firma decyduje się na zakup sprzętu przed wyborem oprogramowania, a nawet przed konsultacją z jego dostawcą. W rezultacie wybór technologii limituje możliwość zastosowania oprogramowania do zamierzonych celów. Częste są niestety przypadki prób stosowania zestawów VR wyprodukowanych do celów rozrywkowych w celach biznesowych. Skutkuje to dużym rozczarowaniem i dylematem czy inwestować jeszcze raz w rozwiązanie VR. Sytuacje tego typu generuje także stan rynku, na którym firmy z odpowiednią ofertą, wiedzą i doświadczeniem są wciąż nieliczne, a publikacje internetowe dotyczące VR odnoszą się w większości do gier w tej technologii. Jeśli rozpoczniemy od zakupu sprzętu to może się okazać, że żadne z oferowanych na rynku rozwiązań software nie współpracuje z zakupionymi przez nas goglami, albo zakupione gogle nie współpracują z komputerem jaki posiadamy.
Do rozpoczęcia korzystania z VR potrzebujemy 3 elementów: komputera z odpowiednio mocną kartą graficzną, medium wyświetlającego obrazy i oprogramowania, które pozwoli na generowanie tych obrazów. Na rynku istnieje wiele technologii VR o różnych możliwościach, zastosowaniach i poziomie kosztów. Wygląda na to, że upowszechnieniu nie ulegną już media typu VR monitor czy Immersive Wall albo jej bardziej rozbudowana wersja znana jako Cave. Okazują się być zbyt kosztowne, wymagające w zakresie warunków pomieszczenia, w którym są stosowane lub dają zbyt słaby efekt zatopienia (zwanego imersją) w świecie wirtualnym.
VR w praktyce: sprzęt, kontrolery i realistyczne modele CAD, czyli SOLIDWORKS
Dość wyraźnie dominującą technologią obecnie są gogle VR. Dziś typowy zestaw VR składa się z gogli właśnie, trzymanych w rękach kontrolerów, którymi wchodzimy w interakcję z przedmiotami w świecie wirtualnym oraz stacji bazowych śledzących za pomocą niewidocznych wiązek laserowych położenie i kierunek zarówno gogli, jak i kontrolerów. Zwykle te 3 przedmioty wchodzą w skład gotowego do kupienia zestawu. Zestaw VR i komputer zabezpieczają stronę sprzętową.
Potrzebujemy jeszcze oprogramowania. W zastosowaniach przemysłowych zwykle źródłem danych jest model z systemu CAD. Jeśli chcemy by do złudzenia przypominał realny obiekt, możemy nadać mu wygląd oparty na fotorealistycznych teksturach materiałów. W odróżnieniu od technologii AR, VR nie umiejscawia obiektu w przestrzeni, którą widzimy własnymi oczyma, ale kreuje wirtualny świat otaczający obiekt. W tym celu oprogramowanie może wykorzystać środowisko wygenerowane na podstawie sfotografowanej w realnym świecie w 360 stopniach przestrzeni wewnątrz pomieszczenia lub na zewnątrz niego.
Światło, środowisko i materiały – klucz do realistycznej wirtualnej rzeczywistości
Aby doskonale oszukać nasze zmysły potrzebny jest jeszcze jeden element. Światło. Możemy definiować dowolną ilość punktów świetlnych z określonym kierunkiem, strumieniem świetlnym w lumenach i temperaturą barwową oddaną w Kelvinach. Jeśli nie chcemy wprowadzać własnych środowisk i świateł możemy skorzystać z wbudowanych. W rozwiązaniach Dassault Systèmes oferujemy gotowe środowiska na przykład ulicy w aglomeracji, parkingu podziemnego, pasa lotniska, toru wyścigowego, wiejskiej drogi wśród pól, kuchni, czy sali konferencyjnej. Mają one już warunki świetlne zintegrowane z rzeczywistymi warunkami oświetlenia danej sceny. Również wyglądy materiałów użytych w modelu mogą być wybrane z gotowej biblioteki, niezależnie od materiałów określonych w systemie CAD. Choćby w celu porównania wariantów zastosowanego wykończenia lub użytego materiału. Jeśli zdecydujemy się na wbudowane środowisko i zdeklarowane materiały to w kilka sekund od wczytania modelu możemy być przeniesieni w wirtualny świat, w którym zobaczymy nasz produkt, linię produkcyjną czy całą fabrykę. Obraz w goglach będzie renderowany w trybie ciągłym, bez żadnej zwłoki odzwierciedlając zmiany położenia głowy i rąk. Gdziekolwiek spojrzymy naszym oczom ukaże się wirtualny świat, którego centrum będzie nasz model, wokół którego możemy się swobodnie przemieszczać czy to za pomocą własnych kończyn, czy funkcji ruch, które pozwolą na dotarcie do tych części sceny, które znajdują się dalej niż rozmiar naszego pomieszczenia.
VR dostępna dla każdej firmy dzięki integracji z platformą 3DEXPERIENCE
Jak przy każdej technologii, która się upowszechnia i tu mamy do czynienia ze zwiększaniem przystępności cenowej. Firmy mogą dziś łatwo dopasować wybór technologii VR do swoich możliwości finansowych i oczekiwań technicznych. W najczęściej spotykanych zastosowaniach używamy gogli VR ze średniej półki. Porównałbym ich zakup do kosztów nabycia telewizorów LCD. Jeśli chodzi o oprogramowanie to te koszty kształtować mogą się różnie w zależności od producenta, ale w wypadku Dassault Systèmes mamy tą unikalną sytuację, że możemy zaoferować rozwiązania VR w ramach ról platformy 3DEXPERIENCE.
To oznacza, że użytkownik platformy nie musi inwestować w dodatkowe oprogramowanie. Rola pozwalająca na korzystanie z dobrodziejstw VR umożliwia korzystanie z gogli we wszystkich posiadanych aplikacjach na platformie, które tę funkcję posiadają. Może to być oprogramowanie służące takim celom, jak: przeglądanie plików, generowanie foto-realistycznych obrazów, przeglądanie wyników symulacji, projektowanie budynków produkcyjnych, planowanie rozlokowania stanowisk montażowych, czy wręcz użycie kontrolerów gogli VR w celu stworzenia zupełnie nowego projektu od razu w świecie VR. Role oznaczają dla użytkownika zastosowanie zakresu funkcji platformy zgodnych z zakresem jego obowiązków w firmie. Otrzymujemy, więc bardzo elastyczny sposób dopasowania oprogramowania do potrzeb nie tylko danej firmy, ale wręcz konkretnego w niej użytkownika.
Wirtualna rzeczywistość jest dla Dassault Systemes tylko jednym z elementów holistycznego rozwiązania 3DEXPERIENCE, które integruje w sobie narzędzia odpowiadające potrzebom całej firmy. Dzięki nim wymiana danych pomiędzy wszystkim uczestnikami procesu powstawania nowego produktu jest bezproblemowa. Unikalność tego podejścia polega na udostępnieniu każdemu z uczestników procesu dostępu do danych dostosowanych do jego roli w procesie, ale jednocześnie opartych na wspólnym źródle. Dodatkowo wszystkie narzędzia do projektowania, symulacji, zarządzania danymi, zarządzania produkcją, przygotowywania dokumentacji, czy nawet analizy danych z różnych źródeł i treści marketingowych są dostępne w ramach jednego spójnego rozwiązania.
Materiał powstał we współpracy z Dassault Systemes w ramach inicjatywy „Eksperci przemysłu”, której celem jest dzielenie się wiedzą i doświadczeniem w zakresie nowoczesnych technologii wspierających inżynierię i przemysł.
