Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ И СОВРЕМЕННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

Поливанов А.А. 1 Сергеева А.А. 1
1 КТИ (филиал) ВолгГТУ
В данной статье рассматривается актуальность применения технологий виртуальной и дополненной реальности, а именно виртуального прототипирования, в различных отраслях российской промышлен-ности. Рассмотрены основные аспекты применения виртуальной реальности при проектировании про-изводстве сложных изделий и объектов. Проанализированы основные задачи, которые могут быть реше-ны с помощью набора программно-технических средств визуализации и макетирования. Определен со-став программных и технических средств, применяемых при виртуальном макетировании и прототипи-ровании. Выделены этапы разработки и проектирования изделий и объектов с применением технологий виртуальной и дополненной реальности. Рассмотрены примеры успешного применения технологий вир-туальной и дополненной реальности в деятельности нескольких российских компаний, таких как «Се-версталь», СИБУР, Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) и некоторых других. На осно-вании проведенного в данной работе исследования можно сделать вывод, что внедрение технологий вир-туальной и дополненной реальности в промышленное производство позволяет ускорить выпуск новой продукции, а также повысить качество уже выпускаемых изделий, и при этом снизить объем финансо-вых издержек и ошибок проектирования, что подтверждается успешными результатами работы несколь-ких крупных российских компаний.
виртуальная реальность
прототипирование
визуализация
моделирование
человеко-машинный интерфейс
1. Зинченко, Ю.П. Психология виртуальной реальности: монография. — Москва: МГУ имени М.В.Ломоносова, 2011. — 360 с.
2. Джонатан, Л. Виртуальная реальность в Unity — Москва: ДМК Пресс, 2016. — 316 с.
3. Технологии и системы управления в металлообрабатывающей промышленности: Виртуализация производства металлических конструкций [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.plm.pw/2016/05/digital-manufacturing.html.
4. Технологии виртуальной и дополненной реальности в промышленности [Элек-тронный ресурс]. – Режим доступа: https://geoline-tech.com/en/vr-manufacturing/.
5. О развитии VR-технологий: где применяют, зачем VR бизнесу и какие устройства используют / Блог компании Нетология / Хабр [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/company/netologyru/blog/464997/.

Введение

Виртуальная реальность - это технология, позволяющая пользователю погрузиться в искусственный мир и действовать непосредственно в нем с помощью специальных сенсорных устройств, которые связывают его движения с аудиовизуальными эффектами [1]. Фактически это принципиально новая разновидность человеко-машинного интерфейса, наибольшая эффективность которого достигается при использовании трехмерной информации. При этом аудиовизуальные, осязательные, моторные и все остальные ощущения пользователя замещаются их симуляцией, создаваемой при помощи современных информационных технологий. В результате, средства виртуальной реальности позволяют выполнять моделирование сложных процессов в режиме реального времени, имитацию окружающей обстановки с высокой степенью детализации, а также реализуют возможность воздействия на окружающую среду, обеспечивая при этом устойчивую обратную связь с пользователем [2].

На долю визуального восприятия окружающего мира человеком приходится около 80% от общего количества информации. Для решения задач такого типа наиболее удобны системы, обеспечивающие «эффект погружения пользователя» и максимально реалистичное трехмерное изображение в масштабе 1:1. Это позволяет работать с виртуальными трехмерными моделями, практически аналогичными моделям, напечатанным на 3D-принтере.

Виртуальная и дополненная реальности могут использоваться на многих стадиях машиностроительного производства для оптимизации производственных участков, а также увеличения производительности труда и качества готовой продукции [3].

Технологии виртуальной реальности позволяют оперативно, наглядно и информативно продемонстрировать конструктивные особенности и компоненты любого изделия. Кроме этого, возможно проведение виртуальных экскурсий для заказчиков и других заинтересованных лиц, стажировка персонала, обучение, проверка теоретических и практических знаний.

Цель исследования

Целью настоящего исследования является изучение теоретических аспектов и практического опыта применения технологий виртуальной и дополненной реальности в машиностроительном производстве, анализ текущего состояния и перспектив их развития.

Материал и методы исследования

Для создания эффекта виртуальной реальности используются различные технические средства: от самых простых шлемов виртуальной реальности до сложных VR-систем, таких, как специализированные комнаты виртуальной реальности (CAVE). Эти средства позволяют человеку ощутить себя увидеть перед собой максимально реалистичный прототип изделия или сложного объекта, который существует только в виде чертежей.

Виртуализация производства – это установление взаимно однозначного соответствия между физическим и информационным пространством, средствами компьютерного моделирования физических объектов и операций [4].

Для решения всех этих задач в настоящее время становится возможным использование средств виртуального макетирования и прототипирования, которые включают в себя:

· системы визуализации изображения (проекторы, экраны, очки виртуальной реальности и т.д.);

· специальное программное обеспечение, обеспечивающие качественное отображение трехмерных объектов;

· системы связи и коммутации;

· акустические системы, обеспечивающие качественный пространственный звук (усилители, колонки, наушники и т.д.);

· средства интерактивного взаимодействия с человеком (датчики, устройства имитации физических воздействий), обеспечивающие обратную связь;

· средства управления.

Все вышеперечисленные средства, объединенные в вычислительные центры и комплексы, представляют собой комплексное решение, центр виртуального прототипирования.

Основное назначение таких центров – это решение задач виртуального прототипирования и макетирования отдельных изделий и сложных объектов, процессов их производства, эксплуатации, обслуживания, ремонта и т.д.

Так, в профессиональной системе виртуальной реальности (CAVE-системе), интегрированной с рабочим местом инженера-проектировщика, может быть воспроизведен масштабный трехмерный макет практически любого объекта (кабины самолета, блочного щита управления атомным реактором, поста управления сложным технологическим процессом и т.д.). Наглядное представление проекта в системе виртуального прототипирования позволяет инженерам – проектировщикам протестировать прототип на соответствие всем требованиям и выявить максимум нештатных ситуаций.

Так, геометрическая модель сборки наглядно определяет структуру изделия, а также содержит дополнительные информационные ресурсы, необходимые на всех этапах жизненного цикла объекта. Например, объемная модель изделия может быть с использована для разработки упаковки, операций складирования и транспортировки продукции, технологий производства, ремонта и утилизации (рисунок 1).

Рисунок 1  – Практическое применение объемной модели изделия

Кроме создания непосредственно виртуального макета изделия, можно моделировать технологию производства, а также его эксплуатацию и ремонт. Результатом моделирования производства является возможность оптимизации всех технологических процессов, что в итоге существенно влияет на эффективность производства, а виртуальное моделирование эксплуатации и ремонта изделий позволяет отработать ремонтопригодность изделий и снизить издержки в процессе эксплуатации.

Применение технологий виртуальной реальности

В качестве примеров успешной реализации технологий виртуальной реальности в России можно привести такие компании, как «Северсталь», СИБУР, Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) и ряд других [5].

В компании «Северсталь» проекты по VR-технологиям пока ведутся преимущественно в части обучения. Это виртуальные тренажеры для обучения производственного персонала, а также для отработки навыков рабочих специальностей, для которых сложно или невозможно изготовить демонстрационный стенд, но которые требуют максимального погружения в виртуальную среду. Планируется расширять применение VR в области тренингов, проектирования зданий и сооружений на производственных площадках, а также в области содействия выполнению ремонтов оборудования.

В компании СИБУР данное направление применяется для повышения качества проведения работ по техническому обслуживанию и ремонтам на заводах. Внедряются инструменты для удаленного консультирования полевых специалистов – слесарей, механиков, выполняющих работы, с подключением внешних экспертов. В дальнейшем планируется использовать AR-оборудование в качестве интерфейса для «подсказок» с привязкой к оборудованию по различным меткам, внедрение функционала для удаленного обучения специалистов, отработки действий при работе с опасными реагентами, при изучении основ промышленной безопасности и работы в опасных условиях и т.д.

Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) также активно внедряет технологии виртуальной реальности в области охраны труда и обучения сотрудников. Другой важный проект по внедрению этой технологии предусматривает создание виртуальной модели всего завода, а целью - реализация инновационных подходов к обучению работников. Одно из направлений данного проекта – создание условий для эффективной адаптации новых сотрудников путем использования виртуальных рабочих мест.

Также успешно технологии виртуальной реальности внедряются и реализуются в таких компаниях, как АО «Росатом», АО «РЖД», Объединенной судостроительной корпорацией, нефтедобывающими компаниями и т.д.

Заключение

За последние годы центры и лаборатории виртуального прототипирования были внедрены во всех крупных автомобилестроительных и авиакосмических компаниях мира, а также в тех, которые занимаются созданием сложных изделий, таких как корабли, электростанции, буровые платформы и т. д.

Центры виртуального прототипирования различной конфигурации есть почти у всех крупных иностранных и российских компаний. Это обусловлено экономической эффективностью использования таких центров. Использование лабораторий виртуального прототипирования позволяет решать следующие задачи:

· снизить срок разработки проекта (по различным оценкам, от 15 до 30%);

· снизить количество ошибок при разработке готового изделия;

· повысить качество готового изделия за счет более качественной проработки эргономики, ремонтных и эксплуатационных характеристик;

· повысить удовлетворенность клиента изделием за счет вовлечения его в процесс компоновки;

· снизить ремонтные и эксплуатационные издержки за счет проработки и прототипирования не только самого изделия, но и процессов его производства и последующей эксплуатации.

Виртуальные прототипы реальных производственных компаний, пока встречаются нечасто, но через 2-3 года и VR-инжиниринг в машиностроении, станет обычным делом. VR-технологии стремительно дешевеют, конкуренция в этом секторе постоянно возрастает, появляются новые компании, технологии. Переход физического производства в область цифровых технологий становится всё более доступным.


Библиографическая ссылка

Поливанов А.А., Сергеева А.А. ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ И СОВРЕМЕННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ // Международный студенческий научный вестник. – 2020. – № 2.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=19955 (дата обращения: 14.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074