Hybrydowe makiety: wirtualne projektowanie stanowisk pracy w rzeczywistości rozszerzonej
Fotolia - zapp2photoJeden z dostawców części dla przemysłu motoryzacyjnego w nietypowy sposób wykorzystuje rozszerzoną rzeczywistość, tworząc z jej pomocą nowe stanowiska pracy w dziale produkcji. Pomagają mu w tym okulary AR umożliwiające symulację montażu komponentów w realnych warunkach produkcyjnych, co z kolei przekłada się na bardziej efektywne, szybsze i tańsze projektowanie stanowisk ich montażu.
Firma Hella dysponuje wieloma zakładami produkcyjnymi rozrzuconymi po całym świecie, wytwarzającymi systemy oświetlenia i komponenty elektroniczne dla sektora motoryzacyjnego. W procesach planowania i projektowania systemów produkcyjnych reflektorów przednich i lamp tylnych jej zespół projektowy wykorzystuje popularną metodę tzw. Cardboard Engineeringu, w której jako prototypy systemu stosuje się makiety z papieru.
Technika ta pozwala na kreatywne, manualne i holistyczne podejście do zagadnienia projektowania procesów montażowych. Stanowiska do ich obsługi są bowiem budowane z papieru przez grupy projektowe i operacyjne składające się z przedstawicieli różnych działów, a ich członkowie mogą na bieżąco omawiać istotne kwestie, eliminować wadliwe konstrukcje oraz uwzględniać potrzeby pracowników, takie jak odpowiednia wysokość powierzchni roboczej, duży zakres wolnej przestrzeni umożliwiający swobodne ruchy ramion i rąk czy łatwa dostępność wszystkich istotnych narzędzi i komponentów. Takie rozwiązanie zostało wykorzystane przy projektowaniu nowego stanowiska montażowego do produkcji kolejnej generacji reflektorów, a o jego użyteczności ostatecznie zdecyduje efektywność przyszłych procesów produkcyjnych.
Testy na wirtualnych detalach
Makiety z papieru pozwalają na projektowanie stanowisk pracy i urządzeń na długo przed rozpoczęciem produkcji danej serii reflektorów. To jednak powoduje, że nie istnieją także komponenty, na których należałoby przetestować przyszły proces produkcyjny na makiecie, aby następnie udoskonalić go interaktywnie. Ponieważ w fazie projektowania konstrukcja detali często się zmienia, można je wytworzyć wyłącznie z wykorzystaniem czasochłonnej i drogiej techniki druku 3D – tylko po to, by w momencie pracy nad makietą stwierdzić, że na skutek kolejnej zmiany konstrukcji dany komponent stracił już na aktualności.
Także dokumentowanie makiety wymaga podjęcia dodatkowych kroków, gdyż ze względu na brak miejsca najczęściej zostaje ona zdemontowana tuż po zakończeniu fazy koncepcyjnej. Do tej pory była ona rejestrowana wyłącznie w formie materiału zdjęciowego i specyfikacji technicznej, co powodowało, że w przypadku późniejszych niejasności część szczegółów pozostawała niezrozumiała, a dane rozwiązanie przepadało. Dlatego firma Halle – wspólnie z Instytutem Technik Projektowych w Mechatronice (IEM) – pracuje nad rozwiązaniem, które pozwoli rozszerzyć makietę o cyfrową technologię tzw. rzeczywistości rozszerzonej (ang. Augmented Reality, AR).
Ostatecznym celem owych badań ma być zastąpienie brakujących komponentów produktów ich cyfrowymi wizualizacjami. Oprócz optymalizacji planowania systemów produkcyjnych istotną kwestią jest przy tym także znalezienie odpowiedzi na pytanie, jaki wpływ wywiera zastosowanie rozszerzonej rzeczywistości na pracowników, procesy i struktury przedsiębiorstwa.
Aby zrealizować swoje zamierzenia, badacze musieli najpierw dokonać projekcji obrazów narzędzi i komponentów nowych reflektorów na papierowe prototypy. Dzięki wykorzystaniu rzeczywistości rozszerzonej fizyczny prototyp zostaje w tym procesie rozszerzony o modele wirtualne, a makieta papierowa jest zastępowana hybrydową (ang. mixed mockup).
W trakcie tego procesu członkowie zespołu projektowego korzystają z okularów AR wyświetlających cyfrowe projekcje. Wirtualne narzędzia i komponenty są rozmieszczane na papierze dzięki funkcji śledzenia detalu, która umożliwia dynamiczną zmianę ich lokalizacji w reakcji na ruch rzeczywistej makiety. Rozwiązanie to umożliwia przeprowadzanie testów konkretnych czynności (sięgania po pojemnik ze śrubkami) i pozycji (np. odpowiedniej wysokości płyty montażowej) z użyciem bardzo realistycznych symulacji, a następnie ich omówienie w grupie projektowej. Aby dodatkowo ułatwić i zintensyfikować interakcję między uczestnikami eksperymentu, obraz tego, co widzi osoba nosząca okulary, wyświetlany jest na ekranie monitora.
Projektowanie stanowisk montażowych z wykorzystaniem AR
W przyszłości taka hybrydowa makieta umożliwi zespołom projektowym analizę poszczególnych wariantów danego rozwiązania zbudowanych z papieru z wykorzystaniem aktualnej wersji konstrukcyjnej produktu, który docelowo ma być wytwarzany na danym stanowisku montażowym. Aby umożliwić ponowne wykorzystanie prototypów w innych procesach projektowania, zarówno sama konstrukcja papierowej makiety, jak i standardowe narzędzia i komponenty wykorzystywane w danym projekcie są archiwizowane w formie cyfrowej. Zespoły projektowe uzyskują dostęp do planów danego stanowiska montażowego za pośrednictwem cyfrowej biblioteki, co z kolei ułatwia nie tylko odtworzenie poszczególnych etapów projektu, ale także transfer najlepszych praktyk. Zaś konstruktorom pomaga tak zaprojektować wyrób, aby był on jak najłatwiejszy w montażu.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Zalety korzystania z makiet hybrydowych w procesach efektywnego i realistycznego projektowania systemów produkcyjnych wydają się być oczywiste: bezpośredni dostęp do cyfrowych wizualizacji aktualnych wersji komponentów i narzędzi oraz do biblioteki standardowych części znacznie przyspiesza i zwiększa niezawodność procesów budowy i testowania systemów produkcyjnych. Różnice względem tradycyjnych makiet uwidaczniają się zwłaszcza w przypadku międzynarodowych zespołów projektowych, w których tworzenie prototypów było dotąd obarczone znacznymi kosztami i nakładami czasowymi związanymi z podróżowaniem.
– Ponieważ zawsze mamy wgląd w aktualną konstrukcję komponentów, możemy w przyszłości projektować i opracowywać linie produkcyjne znacznie wcześniej niż obecnie, równolegle z projektowaniem wytwarzanego na nich produktu. Dzięki wykorzystaniu makiety hybrydowej możemy połączyć kreatywny potencjał pracy zespołowej z szybkim tempem cyfrowego projektowania produktów – wyjaśnia Matthias Pretzlaff, kierownik działu Operational Excellence & Industrial Engineering w zakładzie nr 3 firmy Hella i kierownik projektu „Mixed mockup”.
Usprawnieniu ulega także współpraca w ramach samego zespołu projektowego oraz komunikacja między działami produkcyjnym i rozwojowym. Do pracy nad makietą włączani są np. konstruktorzy – nieocenione źródło informacji o aktualnych parametrach konstrukcyjnych komponentów. Zaś technologia rzeczywistości rozszerzonej znosi wszelkie ograniczenia, którym podlegała wcześniej kreatywność zespołu. Nie bez znaczenia jest też fakt, że tworzone warianty projektu mogą być wykorzystywane i modyfikowane wielokrotnie w niemal dowolny sposób. Obecnie makieta hybrydowa nadal znajduje się w fazie testów, gdyż niektóre jej elementy wymagają dalszego dopracowania.
– Jeśli uda nam się usprawnić sterowanie wirtualnymi modelami w rzeczywistości rozszerzonej, wierzymy, że będziemy mogli niebawem wykorzystać wyniki projektu w naszych procesach projektowych – mówi dr Michael Niehues, członek zespołu projektowego makiety hybrydowej w firmie Hella.
Już wstępne wyniki prac prowadzonych w ramach projektu „Mixed mockup” dobitnie pokazują, jakie możliwości oferują rynkowi pracy technologie cyfrowe. Ich wykorzystanie sprawia, że praca staje się jeszcze wydajniejsza, bardziej interdyscyplinarna i kreatywna zarazem.
Michael Bansmann i Kirsten Harting pracują w Instytucie Technik Projektowania w Mechatronice im. Fraunhofera (IEM)
