Wirtualna rzeczywistość i cyfrowe bliźniaki – nowe możliwości projektowania i analizy

Wirtualna rzeczywistość należy do nowoczesnych technologii, których znaczenie stale rośnie. Co więcej, lista jej zastosowań jest bardzo szeroka i z dnia na dzień staje się coraz dłuższa. W ekosystemie produktów Dassault Systemes VR w istotny sposób rozszerza możliwości technologii Digital Twin. Angażuje nasze ciało oraz zmysły do interakcji z wirtualnym odwzorowaniem produktu, nawet wtedy, gdy znajduje się on dopiero na etapie projektowania. Co ważne, takim produktem może być nie tylko pojedyncze urządzenie, lecz także linia produkcyjna albo cała fabryka.

Ergonomia w wirtualnej rzeczywistości: badanie projektów w skali 1:1

Badanie ergonomii staje się znacznie prostsze, gdy możemy oceniać ją, oglądając cyfrowy model w trzech wymiarach, w skali 1:1 i z pełną, 360-stopniową swobodą ruchów głowy. Dodatkowo ruchy naszego ciała, rąk i głowy odbywają się równocześnie w świecie rzeczywistym i wirtualnym, co jeszcze bardziej ułatwia analizę projektu. W przeciwieństwie do obsługi komputera i tradycyjnych aplikacji nie musimy uczyć się poruszania w środowisku VR, ponieważ korzystamy z własnego ciała. Jeśli więc jakiś obiekt znajduje się w zasięgu ręki w świecie rzeczywistym, tak samo będzie również w świecie wirtualnym. Podobnie, gdy w przestrzeni VR jeden przedmiot zasłania drugi, w rzeczywistości sytuacja wyglądałaby dokładnie tak samo.

Dzięki temu nawet osoba bez doświadczenia technicznego może dokładnie zapoznać się z projektem i lepiej go zrozumieć, ponieważ widzi go tak, jakby rzeczywiście znajdował się przed nią i działał. Może go obejść, zajrzeć do środka, a nawet przenikać przez ściany. Takie możliwości sprawdzają się zarówno podczas optymalizacji ergonomii samego produktu, jak i stanowiska produkcyjnego, na którym on powstaje. Co więcej, istnieje możliwość śledzenia ruchów ciała i odwzorowania ich na wirtualnym manekinie, który przedstawia statystyczne cechy budowy ciała określonej płci, wieku i rasy. Dzięki temu można analizować funkcjonowanie projektu także z myślą o konkretnym odbiorcy lub wybranym rynku.

Zastosowanie technologii VR w codziennych projektach

Skoro mowa o etapie tworzenia produktu, warto podkreślić, że VR odgrywa również istotną rolę podczas konsultowania projektu w trakcie jego opracowywania. Zarówno z innymi pracownikami firmy, jak i z klientem. Dzięki wirtualnej rzeczywistości nie omawiamy już wyłącznie rysunku technicznego, na podstawie którego trudno wyobrazić sobie złożony obiekt, ani niewielkiej „makiety” wyświetlanej na ekranie komputera, jak ma to miejsce w przypadku modelu 3D z systemu CAD, takiego jak SOLIDWORKS. Zamiast tego możemy od razu analizować pełnowymiarowy projekt z zachowaniem wszystkich jego zależności. Co więcej, aby wejść z takim obiektem w interakcję, nie trzeba przygotowywać fizycznego prototypu. Wystarczy model CAD, który jest znacznie tańszy, dostępny od razu i w środowisku VR pełni funkcję wirtualnego prototypu. Dzięki temu nie trzeba poświęcać dodatkowego czasu ani środków na kolejne procesy, ponieważ z technologii VR można korzystać od razu.

Technologia VR umożliwia także szkolenie człowieka do pracy z maszyną, która fizycznie jeszcze nie istnieje, ponieważ dopiero powstaje, albo znajduje się w innym miejscu niż osoba szkolona. W ten sposób można uniknąć problemów związanych z wypadkami podczas nauki, marnowaniem materiałów, czy uszkodzeniami narzędzi. Co więcej, kontaktem z czynnikami zagrażającymi życiu i zdrowiu, a także kosztami wynikającymi z konieczności udostępnienia samej maszyny. Ponadto VR pozwala zoptymalizować stanowisko pracy jeszcze przed jego utworzeniem lub niezależnie od tego, że w danym momencie jest ono wykorzystywane do bieżącej pracy. Dodatkowo technologia ta pomaga ograniczyć błędy montażowe. Dzięki lepszej znajomości projektu przez zespoły serwisowe, a także obniżyć koszty produkcji poprzez optymalizację procesów.

Zdalne konsultowanie projektów i wizualizacja wyników symulacji w VR

Szczególnie interesującym przykładem jest możliwość zdalnego konsultowania projektu. Korzystając z dwóch par gogli oraz dostępu do platformy 3DEXPERIENCE firmy Dassault Systèmes, możemy jednocześnie oglądać ten sam obiekt w przestrzeni wirtualnej. Co więcej, możemy również widzieć swoje wzajemne reprezentacje. Dzięki temu nowoczesne technologie eliminują kolejne bariery, takie jak koszty podróży czy ryzyko epidemiologiczne. Platforma 3DEXPERIENCE umożliwia swobodne poruszanie się po wirtualnej fabryce razem z klientem znajdującym się nawet na innym kontynencie. To z kolei znacząco usprawnia konsultowanie projektu już na etapie jego tworzenia. To pomaga uniknąć nieporozumień i w efekcie ogranicza ryzyko kosztownych poprawek.

Podobne korzyści pojawiają się wtedy, gdy wykorzystujemy VR do wizualizacji wyników symulacji zjawisk fizycznych. Możemy oglądać badany obiekt w jego rzeczywistym rozmiarze i obejść go. Jednocześnie analizować nałożone na niego wyniki badań, na przykład strugi powietrza opływające go podczas ruchu. W ten sam sposób da się również obserwować efekty odkształceń powstających pod wpływem zadanych sił. Dzięki temu nawet osoba bez specjalistycznej wiedzy może łatwiej zrozumieć rezultat przeprowadzonego badania.

Wirtualna rzeczywistość jako narzędzie do oceny i promocji produktów

Dzięki tej technologii możemy wykonywać działania, których nie ograniczają warunki świata fizycznego. Możemy wspólnie z drugą osobą zobaczyć tę część projektu, która po zbudowaniu fizycznego obiektu pozostaje niedostępna. Znajduje się zbyt wysoko albo panuje w niej wysoka temperatura lub ciśnienie. Możemy również obserwować w ruchu mechanizmy, które na co dzień pozostają osłonięte, a tym samym łatwiej przedstawić zasadę ich działania.

VR świetnie sprawdza się także w działaniach marketingowych, sprzedażowych oraz w badaniach rynku. Wiele firm produkujących przedmioty codziennego użytku przeprowadza testy konsumenckie. Technologia VR pozwala usunąć jedno z ich podstawowych ograniczeń. Skoro nie trzeba dysponować fizycznymi prototypami, można obniżyć koszty. Co więcej, jednocześnie zaprezentować potencjalnym klientom większą liczbę wariantów produktu do oceny. Znacznie łatwiej można też pokazać materiały, których wykorzystanie w rzeczywistości wiąże się z wysokimi kosztami. Co więcej, technologia VR potrafi śledzić ruch gałek ocznych i na tej podstawie tworzyć mapę punktów, na których odbiorca zatrzymuje wzrok na dłużej. Dzięki temu można ocenić atrakcyjność konkretnego wariantu produktu lub jego wykończenia.

Wirtualna rzeczywistość stanowi również bardzo dobre narzędzie do prezentowania produktów podczas targów i pokazów. Sprawdza się szczególnie wtedy, gdy obiekty są zbyt duże, by je transportować, gdy przygotowanie ich na targi wiąże się z wysokimi kosztami. Co więcej, gdy firma nie dysponuje fizycznym egzemplarzem ze względu na jednostkowy charakter produkcji.

VR w obsłudze klienta i montażu złożonych rozwiązań przemysłowych

Jeśli chodzi o dotychczasowych odbiorców, grono firm korzystających z tych rozwiązań jest bardzo szerokie. Szczególnie od startupów po globalne koncerny działające w niemal każdej branży. Każdy klient to osobna i ciekawa historia, jednak warto wspomnieć o jednym z przykładów. Firma ta projektuje i wdraża rozwiązania przemysłowe tworzone na indywidualne zamówienie, dlatego każda realizacja ma unikalny charakter. Produkcja elementów dla jednego klienta może trwać wiele miesięcy. Wysyłka produktu do montażu odbywa się równolegle z wytwarzaniem kolejnych komponentów. Ze względu na złożoność całego rozwiązania pierwszy pełny montaż następuje bezpośrednio u klienta. Co więcej, bez wcześniejszego próbnego składania we własnym zakładzie. W takiej sytuacji pojawia się potrzeba odpowiedniego przygotowania ekipy montażowej, wyjaśnienia działania kompletnego systemu oraz zaprezentowania go kolejnemu klientowi. Nawet jeśli znajduje się on na innym kontynencie. Właśnie w takich przypadkach VR okazuje się wyjątkowo przydatnym rozwiązaniem.

Druga firma zajmuje się tworzeniem linii technologicznych przeznaczonych do montażu w już istniejących fabrykach. W tym przypadku największym wyzwaniem jest konieczność dopasowania projektu do zastanego terenu. Szczególnie do istniejących budynków oraz indywidualnych wymagań klienta. Platforma 3DEXPERIENCE umożliwia wczytanie danych dotyczących terenu, dodanie chmury punktów pochodzącej ze skanera 3D dokumentującego budynek. Następnie umieszczenie linii technologicznej przygotowanej w systemie SOLIDWORKS. Dzięki temu można sprawdzić, czy linia nie koliduje z podporami budynku, a także ocenić, czy wózek zmieści się pomiędzy ścianą a osłonami linii. Pozostaje jednak jeszcze jedna kwestia w jaki sposób klient końcowy może przejść się po zamówionej fabryce i ocenić, czy spełnia ona jego oczekiwania? Technologia VR pozwala zrealizować taką wizytę jeszcze przed wyprodukowaniem nawet najmniejszego elementu. Co więcej, można to zrobić nawet w czasie pandemii, bez wychodzenia z domu. Nie stanowi również problemu to, że uczestnicy takiego wirtualnego spaceru znajdują się w różnych krajach.

Jak skutecznie wdrożyć VR w firmie – od celu do technologii

Choć technologia VR jest dziś coraz lepiej znana, wiele firm nadal nie wie, jak skutecznie wdrożyć ją w swojej działalności. Dlatego niezależnie od planowanego zastosowania warto zacząć od określenia celu wykorzystania VR. Następnie należy dobrać odpowiednie oprogramowanie. Dopiero na końcu wybrać technologię VR lub AR przeznaczoną do zastosowań biznesowych.

W praktyce często zdarza się jednak, że firmy najpierw kupują sprzęt, zanim wybiorą oprogramowanie lub skonsultują się z jego dostawcą. W rezultacie wybrana technologia ogranicza później możliwości zastosowania systemu zgodnie z potrzebami przedsiębiorstwa. Dodatkowym problemem bywa wykorzystywanie zestawów VR przeznaczonych do rozrywki w środowisku biznesowym, co często prowadzi do rozczarowania i niepotrzebnych kosztów. Może się też okazać, że zakupione gogle nie współpracują ani z dostępnym oprogramowaniem, ani z posiadanym komputerem.

Aby rozpocząć pracę z VR, potrzebne są trzy podstawowe elementy: komputer z odpowiednio wydajną kartą graficzną, urządzenie wyświetlające obraz oraz oprogramowanie do jego generowania. Choć na rynku dostępnych jest wiele technologii VR, nie wszystkie mają szansę na powszechne zastosowanie. Dotyczy to między innymi takich rozwiązań jak VR monitor, Immersive Wall czy Cave, które są kosztowne. Co więcej, wymagają odpowiednich warunków lokalowych albo nie zapewniają wystarczającego poziomu immersji.

VR w praktyce: sprzęt, kontrolery i realistyczne modele CAD, czyli SOLIDWORKS

Obecnie najczęściej wykorzystywaną technologią VR są gogle wirtualnej rzeczywistości. Typowy zestaw składa się z gogli, kontrolerów trzymanych w dłoniach, które umożliwiają interakcję z obiektami w wirtualnym świecie. Co więcej ze stacji bazowych śledzących położenie i kierunek ruchu urządzeń za pomocą niewidocznych wiązek laserowych. Te trzy elementy zazwyczaj tworzą gotowy zestaw VR, który wraz z komputerem odpowiada za sprzętową stronę rozwiązania.

Do pełnego wykorzystania technologii potrzebne jest również odpowiednie oprogramowanie. W zastosowaniach przemysłowych najczęściej wykorzystuje ono modele pochodzące z systemów CAD. Aby wirtualny obiekt jak najbardziej przypominał rzeczywisty, można nadać mu realistyczny wygląd dzięki fotorealistycznym teksturom materiałów. W przeciwieństwie do technologii AR, VR nie nakłada obiektów na obraz rzeczywistego otoczenia, lecz tworzy całkowicie wirtualną przestrzeń wokół użytkownika. Może ona powstać między innymi na podstawie zdjęć wykonanych w technologii 360 stopni, przedstawiających rzeczywiste wnętrza lub przestrzenie zewnętrzne.

Wirtualna rzeczywistość dostępna dla firm dzięki integracji z platformą 3DEXPERIENCE

Podobnie jak w przypadku innych rozwijających się technologii, również VR staje się coraz bardziej dostępna cenowo. Firmy mogą dziś dobrać rozwiązania odpowiadające ich możliwościom finansowym oraz wymaganiom technicznym. W typowych zastosowaniach najczęściej wykorzystuje się gogle VR ze średniej półki cenowej. Zakup można porównać do wydatku na telewizor LCD. Koszty oprogramowania zależą natomiast od wybranego producenta. W przypadku Dassault Systèmes istnieje możliwość korzystania z funkcji VR w ramach ról dostępnych na platformie 3DEXPERIENCE.

Dzięki temu użytkownik nie musi kupować dodatkowego oprogramowania. Rozwiązania VR są dostępne w aplikacjach platformy, które obsługują tę funkcję. Mogą one służyć między innymi do przeglądania modeli, tworzenia realistycznych wizualizacji, analizy wyników symulacji, projektowania obiektów produkcyjnych czy planowania stanowisk montażowych. Możliwe jest także tworzenie nowych projektów bezpośrednio w środowisku VR. Role na platformie pozwalają dopasować zakres dostępnych funkcji do zadań konkretnego użytkownika. Dzięki czemu oprogramowanie można elastycznie dostosować zarówno do potrzeb firmy, jak i poszczególnych pracowników.

Dla Dassault Systèmes wirtualna rzeczywistość jest jednym z elementów kompleksowego rozwiązania 3DEXPERIENCE. To właśnie one łączą narzędzia potrzebne na różnych etapach powstawania produktu. Platforma ułatwia wymianę danych między wszystkimi uczestnikami procesu. Jednocześnie zapewniając każdemu z nich dostęp do informacji odpowiednich dla jego roli, przy jednoczesnym korzystaniu ze wspólnego źródła danych. W jednym środowisku dostępne są narzędzia do projektowania, symulacji, zarządzania danymi, produkcją, dokumentacją oraz analizą informacji, co tworzy spójne rozwiązanie dla całej organizacji.

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. Autor – Marcin Sitkiewicz | Dassault Systemes