Виртуальная реальность как важнейший инструмент бизнеса во время пандемии Covid-19

15 декабря 2020

Виртуальная реальность идет во все сферы бизнеса и становится одной из главных технологий 21 века

Пандемия коронавируса усилила интерес к виртуальной реальности (virtual reality или VR) самым радикальным образом ввиду локдаунов и необходимости продолжения важных разработок в условиях ограничения на перемещение и работу персонала в офисах. Понятно, что ведущие производственные компании (в частности аэрокосмические, автомобильные и нефтегазовые концерны) прекращать свою работу по конструированию новых изделий не могут по причине огромных издержек из-за простоя, но ВР как бы «пошла в низы» бизнеса и стала востребованной и у ритейлеров, дизайн-бюро и даже госучреждений.

Виртуальная реальность – искусственный мир, созданный техническими средствами и передаваемый человеку через его ощущения, прежде всего зрение, а также слух, осязание и проч. VR имитирует как воздействие окружающей обстановки на пользователя, так и его воздействие на искусственную окружающую обстановку, а также ее обратные реакции, передаваемые пользователю при помощи специальных сенсорных устройств, которые связывают его движения с аудиовизуальными эффектами, причем, в режиме реального времени. Таким образом, VR – это новое поколение человеко-машинного интерфейса для наиболее эффективной работы с трехмерной информацией.

Практическое применение виртуальной реальности кроме игровой индустрии (ее, пожалуй, наиболее известное для обычных людей применение), самыми серьезными промышленными компаниями в таких важнейших отраслях как аэрокосмическая, атомная, автомобильная, нефтегазовая, судостроительная и проч., а также все шире применяется при строительстве зданий и транспортной инфраструктуры (включая метрополитен).

В последние годы прогресс в области управления жизненным циклом изделия обуславливается одновременно как быстрым развитием программных средств автоматизированного проектирования (технологии CAD/CAM/CAE/PDM/PLM), так и широким внедрением специализированных средств визуализации для коллективной работы.

Так как почти 4/5 поступающей в мозг информации человек воспринимает визуально, то функциональность индивидуальных средств визуализации, прежде всего, мониторов недостаточна в случаях, когда речь идет о коллективной работе. Как доказала практика, подобные задачи наилучшим образом реализуются системами с «эффектом погружения», воспроизводящими 3D-изображение максимально реалистично, на большом экране в масштабе 1:1, что позволяет работать с виртуальными 3D-моделями, практически аналогичным 3D-моделям, напечатанным на 3D-принтере.

Комплекс центра виртуального макетирования и прототипирования включает систему визуализации с генератором изображения, соответствующее программное обеспечение, системы коммутации, управления и звука, а также устройства интерактивного взаимодействия и обратной связи.

Такой центр решает задачу виртуального прототипирования/макетирования самого изделия, процесса его производства или процесса эксплуатации. Такие преимущества центра виртуального прототипирования позволяют головной проектной организации координировать огромное количества разнородных данных как от собственных, так и сторонних разработчиков и подрядчиков. Это объясняет, почему данный центр требуется в первую очередь генеральному конструктору (руководителю программы) головного предприятия.
По аналогии с существовавшими во времена СССР (т.е. еще три десятилетия назад) вычислительными центрами, в центр визуализации получают доступ все заинтересованные подразделения организации (не только подразделения, вовлеченные в процесс PLM, но также коммерческие и маркетинговые подразделения), при этом специалисты центра помогают решать и прикладные задачи по виртуальному прототипированию и визуализации.

Для погружения в виртуальную реальность используются различные технические средства: от самых простых шлемов виртуальной реальности (преимущественно для геймеров) до сложных VR-систем вроде комнаты виртуальной реальности (CAVE). Они позволяют человеку ощутить себя присутствующим в другом мире или реалистично увидеть перед собой прототип какого-либо изделия, строения или предмета, существующего пока только в чертежах. Например, компания VE Group предлагает четыре типа систем виртуальной реальности: VE HMD, VE CADWall, VE CAVE и VE Panorama, где:
VE HMD – полноценное решение на базе шлема виртуальной реальности, используемое для обучения персонала, визуализации дизайна и архитектурных решений, а также поведенческих исследований.
VE CADWall – проекционная стереоскопическая система виртуальной реальности с одним широким экраном, размер которого может достигать 10 и более метров, а его разрешение – нескольких миллионов пикселей, что обеспечивает достаточный уровень погружения и интерактивности для коллективной работы группы экспертов из различных областей знаний.
VE CAVE – комната виртуальной реальности, представляющая собой многогранную (от трех до шести экранов) проекционную систему 3D-визуализации, которая позволяет одновременно нескольким пользователям совместно манипулировать сложными 3D-моделями в масштабе 1:1 и обеспечивает наибольший эффект погружения, доступный на данный момент времени.
VE Panorama – панорамная система визуализации, имеющая цилиндрический экран (до 180 градусов) и разрешение в несколько миллионов пикселей, что обеспечивает достаточный уровень погружения и интерактивности для коллективной работы группы экспертов из различных областей знаний, а также впечатляющие презентации.

Комнаты VR по проекционной технологии CAVE намного дороже шлемов VR, так как требуют отдельного помещения, соблюдения определенных технических условий, а также стоят крайне дорого, так по данным Lokheed Martin Corporation (LMC) затраты на ее VR для проектирования истребителя F35 составили $6,7 млн, но при этом дали эффект в $75–100 млн, т.е. коэффициент эффективности инвестиций составляет 13–15 к одному затраченному доллару. Примерно такие же данные озвучивают и автомобильная и нефтегазовая отрасли.

Кстати, компания LMC даже вывела «параметр Х» – приблизительную оценку стоимости исправления ошибки на разных стадиях проектирования и(или) технологии производства изделия. Так, не замеченная сразу и не исправленная ошибка уже через год удорожает стоимость ее устранения в 2–5 раз, а через 5 лет – уже в 10 раз. Таким образом, отработка изделия при помощи комплекса ВР еще на ранних стадиях проектирования позволяет избежать дорогостоящих и хлопотных корректировок и исправлений на завершающих стадиях разработки (снижение стоимости разработки составляет 15–30%), а также отработать технологию его производства, включая виртуальное взаимодействие со сторонними производителями комплектующих, заказчиками и субподрядчиками, что касается как промышленных изделий, так и строительных объектов. Появляется возможность предварительного проектирования и процесса эксплуатации при исключении дорогостоящих физических макетов, повышается общее качество изделия и его потребительские свойства включая его эргономические параметры, а также такие аспекты как сборка и разборка (ремонтопригодность), ну а производственные работники получают возможность виртуальной тренировки на т.н. «процедурных тренажерах» всех стадий производства изделия. Создаются также обучающие ролики работы экспертов в реальном времени, что в 10 раз (!) быстрее, чем при их ручной разработке.

Тем не менее, центрами виртуального прототипирования (различных конфигураций) располагают такие «гранды» как: NASA, Boeing, Northrop Grumman Corp., United Technologies Corporation, Lockheed Martin Corp., Airbus/EADS, Embraer, BAE Systems, Thales, Dassault Aviasion, AVIC1 (Китай), AVIC2 (Китай), АВТОВАЗ, Ford Motor, GM, Great Wall, Groupe PSA, AREVA, CEA (французское агентство по ядерной энергетике), EDF, BP, Роснефть, «Лукойл», Chevron, Total и многие другие.

Технологии не стоят на месте, так при строительстве метро начали применять BIM-технологию, т.е. создание полной трехмерной цифровой модели здания (в частности станции метро), которая учитывает его функциональные и физические характеристики, применяемые материалы и массу других свойств, влияющих на стоимость и методику ведения строительства.

Профессор НИТУ Александр Панкратенко так охарактеризовал данную концепцию: «Наша модель позволяет не только рассмотреть все основные этапы строительства станции, от подготовительного периода и сооружения монтажного котлована до строительства перегонных тоннелей, но и эффективно управлять строительными процессами, нивелируя негативное влияние непрогнозируемых и неожиданно возникающих факторов».

Панкратенко и его коллеги по университету создали первую подобную 3D-модель на основе станции метро «Улица Строителей» перспективной Троицкой линии и подходящих к ней перегонных тоннелей в рамках реализации проекта совместно с АО «Трансинжстрой». Все элементы 3D-модели наделены качествами и свойствами реальных конструкций и материалов, используемых для строительства.

Так, проектировщик может увидеть проект проектируемого здания/помещения в VR как 3D-модель в масштабе 1:1 ,что позволяет лучше оценить качество проектирования, а также эргономические характеристики объекта, что невозможно сделать при традиционном подходе, т.е., рассматривая 3D-модель просто на экране даже большого монитора. Вместе со специалистами из отделов логистики и безопасности они могут согласовать расположение оборудования в помещении, организацию производственных мощностей и протестировать сценарии работы и соответствие требованиям безопасности до введения здания в эксплуатацию.

Виртуальное здание можно демонстрировать внутренним и внешним заказчикам проекта, партнерам и инвесторам. Кроме того риэлторы могут продемонстрировать будущую квартиру или офис покупателям, которые в VR-шлемах могут пройтись по будущему жилью или офису и оценить как планировку, так и отделку помещений.

Подобная особенность модели позволяет конструкторам, строителям или заказчикам в любой момент изучать или изменять характеристики материалов и конструкций, необходимых ГОСТов и стандартов в любой точке объектов. Одной из важных проблем строительства метро выступает, то, что в зону строительства часто попадают существующие подземные коммуникации и наземные объекты, в ВР кроме, прочего, позволяет максимально точно определить стоимость работ и построить календарный график строительства всего объекта.

Практическое использование модели сможет обеспечить эффективное взаимодействие между всеми участниками строительного процесса, в том числе инвесторами, заказчиками, проектировщиками и подрядчиками, а также вести жесткий контроль сроков строительных работ и расходования материальных ресурсов.
Пример: Safran Nacelles, меньше, чем за год сэкономила 300 000 евро за счет инвестиции в систему VR. Французская компания стала разрабатывать новые гондолы всего за 42 месяца, а ранее этот процесс длился 60 месяцев. Кроме того, Safran Nacelles смогла сократить срок разработки проекта на 8 месяцев при том, что длительность проекта предполагалась в районе около 18 месяцев. Таким образом, экономия составила 40% от бюджета.

Как подчеркивают российские ученые, их модель стала лишь первым шагом на пути широкого внедрения BIM-технологий в практику городского подземного строительства. Кроме того, внедрение ее в учебный процесс позволит вывести подготовку инженерных кадров на качественно новый уровень, соответствующий современным мировым достижениям в области цифровых технологий в строительстве.

Кстати, обсуждение проекта не с чертежами и изображением на мониторе, а с прототипом в масштабе 1:1 снижает затраты и время на подготовку к макетной комиссии. Такая визуализация создает своего рода общий «язык», на котором могут говорить все участники процесса: как инженеры-конструкторы, так и генеральные директора с заказчиками. Кроме того, наглядная проверка проекта и возможность его пощупать (практически в прямом смысле слова) помогает выявить ошибки на ранних стадиях проектирования.

Пример: Автомобильная компания SEAT за счет использования виртуальной реальности уменьшила продолжительность производства и сократила количество макетов прототипов автомобилей. За время разработки новой модели автомобиля анализируется до трех миллионов деталей, а за счет технологий просмотра в VR, где модель представлена в реальном масштабе, время анализа конструкции и количество физических прототипов удалось сократить до минимума, а в итоге благодаря данному подходу сократить время разработки автомобиля и освоения его в производстве.

Применение виртуальной реальности позволяет также готовить персонал в целом и молодых специалистов, в частности, путем тестирования на 3D-макетах зданий, что позволяет снизить затраты на обучение для работы со сложным оборудованием, исключает его поломки и возможные внештатные и, вообще, аварийные ситуации, вызванные недостаточной квалифицированностью персонала. В реальной жизни такие имитации производить или очень сложно и даже опасно, или просто невозможно, а VR позволяет подготовить персонал к аварийной ситуации и, вообще, к любому развитию событий.

При проектировании, например, цехов можно параллельно обучать операторов и сборщиков, которым на них предстоит трудиться. В результате уже при запуске обновленного участка его сотрудники могут сразу же начинать продуктивную работу, а не тратить время на обучение. Также в VR отлично удается тестирование настроек заводских линий в области скорости производства и качества выпускаемой продукции, которые могут происходить параллельно.

Пример: компания Ford Motor смогла сократить количество травм на производстве на 70% и снизить эргономические проблемы на 90% при помощи VR лаборатории. Улучшение и повышение безопасности монтажной линии и рабочего пространства оператора, анализируется более чем 52-мя датчиками, которые располагаются на теле человека (своего рода эргоскелет). Они считывают движения и передают координаты в базу данных. Эргономисты затем по полученным данным, могут воспроизвести определенные сценарии и, тем самым, обезопасить жизнь рабочему.

Еще одна выгода виртуальной реальности: экономия на командировках разработчиков. Применение шлемов VR и соответствующего ПО позволяет производить обсуждения проекта сразу большим количеством участников из разных подразделений и разных городов, находящихся не в одном помещении и даже не в одном городе, но находящихся в едином виртуальном пространстве. Коллективное обсуждение и демонстрация проекта в VR сокращает затраты на командировки и время на согласование проекта. Это же касается и решения маркетинговых и логистических проблем, а в условиях пандемии коронавируса и локдаунов в ряде ведущих европейских стран, зачастую единственной возможностью проведения такой работы.

Пример: французский национальный космический центр CNES, благодаря использованию средств виртуальной реальности смог сэкономить почти год при разработке проекта Callisto, рассчитанного на 4 года. В системе САПР проектировался ракетный ускоритель, а VR использовали для подробного разбора летательного аппарата и вспомогательных элементов для запуска. Это позволило обсуждать проект удаленно, подобрать инструменты, необходимые для сборки, размер здания, процесс транспортировки на место старта, а также протестировать всю систему в целом. Данный проект доказал возможность одновременного решения различных задач.
В итоге можно утверждать, что за рубежом VR уже давно стала незаменимым помощником при решении промышленных задач и становится таковой для отечественных производственных компаний самого разнообразного профиля. Именно благодаря применению VR-технологий для решения разнообразных проблем ведущим мировым корпорациями удалось в ряде случаев сэкономить от 8 до 12 месяцев от общего времени на разработку проекта и при этом снизить на 70% количество травм на новом производстве, а также на 90% избавиться от эргономических проблем.

Среди российских компаний, ориентирующихся на использование виртуальной реальность для решения бизнес-задач выделяются такие как «Алроса», «АгроТехХолдинг», «Синара – Транспортные Машины», «Северсталь». В наибольшей степени выделяется стратегия цифровизации компании «Газпром нефть», которая включает многие инновационные технологии, где VR отведена роль инструмента для обучения сотрудников по охране труда и промышленной безопасности, которой поставлена задача снизить риски на 30% к 2025 году. Кроме того, согласно дорожной карте с помощью VR будут реализовываться до 90% инженерных моделей, что должно сократить сроки проектирования на 10%, сроки строительства – на 7%. За последние 2 года сформированы AR/VR-лаборатории такими известными большими компаниями как Сбербанк, Ланит, Сибур и прочими.

Загрузка