Технология дополненной реальности — современный способ решения задач инжиниринга и эксплуатации промышленных объектов

Павел Кононов, главный инженер проектов  Дивизиона инженерных моделей ГК «НЕОЛАНТ»

Екатерина Снежкова, руководитель сектора маркетинговых коммуникаций ГК «НЕОЛАНТ»

Сегодня технологии дополненной и виртуальной реальности активно развиваются и охватывают все большее количество областей применения. И если в случае с виртуальной реальностью происходит полное погружение в созданный мир, то дополненная реальность (англ. augmented reality, AR — «расширенная реальность») — это технология, позволяющая дополнить окружающую нас действительность новой информацией. Этот эффект может быть полезен как для частного потребления, так и для использования на промышленном рынке.
Крупнейшие мировые бренды, такие как IKEA, Microsoft, Lowe, Volvo и многие другие, не только экспериментируют с дополненной реальностью, но и выполняют промышленное внедрение этой технологии, предлагая клиентам новый сервис. Не боятся экспериментов и передовые российские компании из системообразующих отраслей экономики, повышая качество решения производственных процессов.
В данной статье речь пойдет об использовании очков дополненной реальности Microsoft HoloLens для решения прикладных задач на различных стадиях жизненного цикла объектов промышленного и гражданского строительства.

Как работают очки дополненной реальности Microsoft HoloLens

Microsoft Hololens — это компактный компьютер в виде шлема, который пользователь надевает на голову. Устройство полностью автономное, то есть не привязано к сторонним гаджетам (смартфону, ноутбуку, камере и т.д.) и работает под управлением операционной системы Windows 10 без какого­либо проводного подключения.

Устройство построено на основе собственного уникального процессора Holographic Processing Unit (HPU), имеет встроенную акустическую систему, камеру, видеоускоритель и сенсоры.

HoloLens оборудован двумя камерами, аналогичными тем, которые используются в Microsoft Kinect: одна работает в обычном спектре, другая — в инфракрасном. Они считывают и анализируют окружающее пространство. Это — база устройства.

Посредством API голография обрабатывается и выводится на экран из полупрозрачного стекла, которое не мешает воспринимать настоящий мир. Такое взаимодействие и создает эффект дополнительной реальности.

HoloLens распознает жесты и следит за тем, куда смотрит человек. В зависимости от направления взгляда изменяется положение голограмм на экране. Помимо этого, устройство полностью совместимо с Microsoft Cortana, поэтому поддерживает управление голосом (рис. 1).

Рис. 1. Очки дополненной реальности Microsoft HoloLens и работа с ними при помощи характерных жестов

Управление цифровым активом в очках дополненной реальности

На текущий момент в отрасли промышленного и гражданского строительства активно используются и развиваются технологии информационного моделирования (BIM/ИМ), позволяющие эффективно управлять объектом на всех стадиях его жизненного цикла (ЖЦ) — от проектирования до вывода из эксплуатации. Применение инновационных технологий дополненной реальности значительно расширяет возможности BIM­инструментария и обеспечивает принципиально новое качество решения производственных задач. При этом синергетический эффект достигается за счет интеграции не только с виртуальной 3D­моделью объекта, но и с полноценным «цифровым активом». Колоссальный разрыв в этих понятиях и определяет технологическую глубину и практическое значение достижения.

Под виртуальной 3D­моделью объекта подразумевается трехмерное изображение объекта, не несущее в себе никакой инженерной информации, только графическая часть. В то же время цифровой актив — это информационная модель (ИМ), погруженная в систему управления инженерными данными (СУИД). Такая ИМ содержит все необходимые технологические атрибуты с привязкой к многомерной структуре объекта. При этом актуализация модели и данных в ней, с учетом авторского и технического надзора на стадии строительства и реконструкции/модернизации на стадии эксплуатации, происходит в СУИД.

Только в таком случае в любой момент времени и на любой стадии ЖЦ обеспечивается наличие достоверной, актуальной и полной информации об объекте реального мира, что является необходимым условием принятия обоснованных и безошибочных инженерных и управленческих решений (рис. 2).

Рис. 2. Управление НПЗ в очках дополненной реальности Microsoft HoloLens демонстрируется участникам технологической выставки в рамках Форума «МНОГОМЕРНЫЙ ВОРОНЕЖ-2017»

На практике интеграция технологии дополненной реальности с цифровым активом открывает исключительные возможности, поражающие не только визуальным эффектом, но и способностью достичь принципиально нового качества в решении всегда актуальных для любого промышленного предприятия задач:

• как преуспеть в жесткой конкурентной борьбе на рынке;
• как эффективно и без лишних затрат проводить реконструкцию/модернизацию объекта;
• как обеспечить безопасную эксплуатацию объекта и восстановить работоспособность оборудования с минимальными потерями времени и денег;
• как быстро и качественно выполнить монтажные и демонтажные работы.

Давайте разберемся, как это реализуется.

AR­технология как способ обеспечить себе место под солнцем для производственного предприятия

Что касается высококонкурентных мировых рынков, то самые крупные игроки нашей страны (из таких отраслей, как оборонно­промышленный комплекс, атомная и гидроэнергетика) настроены амбициозно и заинтересованы в том, чтобы одержать победу в борьбе как внутри, так и за пределами страны. Поэтому с точки зрения воздействия на будущего заказчика, которому нужен партнер на строительство промышленного или инфраструктурного объекта, важен комплексный подход. Это позволит заявить о себе не только как о компетентном и опытном исполнителе, но и как о современной, инновационной инжиниринговой компании, мыслящей стратегически в рамках потребностей заказчика. В совокупности и в конечном счете это повлияет на принятие положительного решения в отношении такого исполнителя.

Взаимодействие с заказчиком начинается с презентации будущего проекта, где ключевую роль играет непосредственно макет объекта строительства. Раньше макеты изготавливались физически в виде уменьшенной копии объекта с прилегающей к нему территорией (рис. 3). Понятно, что с таким макетом ничего нельзя сделать и невозможно использовать его в дальнейшем в рамках реализации проекта.

Рис. 3. Макет объекта строительства на примере Нижне-Бурейской ГЭС (ПАО «РусГидро»)

Сегодня все чаще в качестве макета используется 3D­модель объекта с привязкой к генплану (рис. 4), которая обладает несравнимо большими возможностями — от наглядной визуализации объекта в виде 3D­модели до демонстрации внутреннего содержания нужной детализации любого производственного помещения на объекте. Кроме того, в будущем такая 3D­модель будет использоваться на последующих стадиях ЖЦ: при сдаче проекта строительства и на этапе эксплуатации. То есть заказчик может развить ее в полноценный цифровой актив, а исполнитель поможет ему в этом, возместив таким образом свои затраты, в том числе на создание электронного макета.

Рис. 4. 3D-модель Ленинградской АЭС с привязкой к генплану

Теперь представьте, что будущий объект вы видите не на экране монитора, а он буквально парит в любой точке реального пространства (например, над столом переговоров в зале для совещаний) как 3D­модель, отображаемая в виде голограммы (рис. 5).

Рис. 5. Презентация Волжской ГЭС, спроектированной АО «Институт Гидропроект» (ПАО «РусГидро») с применением информационного моделирования, с помощью технологии дополненной реальности Microsoft HoloLens

При этом появляется возможность самостоятельного знакомства с объектом и всей его инженерной инфраструктурой, для чего совершенно не обязательно, например, быть экспертом в области информационного моделирования. Все происходит мгновенно на уровне интуиции и пальцев рук: приблизил/удалил — выделил элемент на 3D­модели — просмотрел информацию в технологическом паспорте для выделенного элемента.

Достичь столь невероятного эффекта и качества презентации стало возможным в очках дополненной реальности Microsoft HoloLens с помощью интеграции AR­технологии с системой управления инженерными данными НЕОСИНТЕЗ, а также путем реализации режима группового взаимодействия, что позволяет группе людей, использующих очки, видеть одинаковую голограмму объекта, а одному из них непосредственно работать с ней. Такая голографическая модель, интегрированная с СУИД, впоследствии получит применение для эффективного решения различных прикладных задач: внесения изменений в проектную модель на основе результатов строительства; проведения реконструкции/модернизации объекта; организации сервисного обслуживания оборудования; планирования демонтажных работ. То есть заказчик не только будет впечатлен здесь и сейчас, но и получит современные инструменты, применение которых повысит качество строительства и эксплуатации объекта в будущем.

Очки дополненной реальности Microsoft HoloLens плюс СУИД НЕОСИНТЕЗ — качественная реконструкция и модернизация объекта капитального строительства

Возможности использования AR­технологии дополненной реальности при реализации процессов реконструкции и модернизации отлично продемонстрированы на примере объекта городской транспортной инфраструктуры — станции метро «Пятницкое шоссе», информационная 3D­модель которой загружена в СУИД НЕОСИНТЕЗ.

Специалист, ответственный за концептуальное проектирование решения в очках дополненной реальности, прибывает на объект капитального строительства для формирования варианта модернизации и дальнейшего выпуска исполнительной документации. На месте он размещает виртуальные элементы оборудования и интерьера вестибюля станции метро из каталога семейств Autodesk Revit, в котором разработана 3D­модель «как спроектировано», дополняя реальный объект. Данные из очков дополненной реальности автоматически импортируются в 3D САПР (в данном случае — Autodesk Revit) или в СУИД (в данном случае — НЕОСИНТЕЗ).

После того как все объекты размещены, инженер­проектировщик с помощью голосовой команды сохраняет результаты своей работы. Полученные данные импортируются проектировщиками, ответственными за выпуск рабочей документации, в САПР. При необходимости проектировщик может изменить положение элементов с учетом технологических ограничений и в соответствии с нормами и правилами проектирования, после чего выпускается рабочая документация. Таким образом, трехмерная модель дополняется результатами концептуального проектирования.

Рабочая документация вместе с обновленной информационной моделью публикуется в систему управления инженерными данными, что позволяет создать исполнительную информационную модель «как построено» для последующей передачи на этап эксплуатации.

Такой метод выполнения проекта по реконструкции или модернизации объекта позволяет оптимально и быстро провести виртуальную верификацию проектных решений прямо на месте и избежать инженерных ошибок, устранение которых в реальности могло бы привести к незапланированным затратам.

Эффективная организация технического обслуживания и ремонта оборудования в очках дополненной реальности

Применение технологии дополненной реальности повышает стабильность и безопасность процессов эксплуатации предприятия. Как это работает?

Предположим, на объекте вышло из строя какое­то оборудование, и инженеру по сервисному обслуживанию и ремонту оборудования необходимо максимально оперативно определить и устранить причины неисправности для восстановления его работоспособности. Для снижения влияния человеческого фактора и обеспечения четкого следования регламенту ремонтов очки дополненной реальности могут служить в качестве своеобразной портативной базы знаний об объекте с подгружаемой информацией из СУИД и других специализированных эксплуатационных систем (в частности, из ТОиР).

Надев очки Microsoft HoloLens, инженер подходит к реальному оборудованию на объекте и диагностирует неисправность. Далее необходимо понять, какова же причина такой неисправности и как ее устранить: в каком порядке и какие действия выполнить без влияния на безопасность функционирования объекта в целом и без угрозы жизни человеку. Для этого инженер работает с моделью оборудования в AR­очках, то есть выбирает из виртуального меню (дополненная информация к реальному объекту) соответствующий пункт (в данном случае — Техническое обслуживание и ремонт) с указанием диагностированной неисправности из перечня часто встречающихся. В зависимости от неисправности ему будет необходимо выполнить анимированную пошаговую инструкцию по выявлению и устранению причины неисправности.

Анимированная инструкция визуально подсказывает специалисту, о каком элементе оборудования идет речь, указывая на него красной стрелкой в очках дополненной реальности. Следующий шаг в виртуальной инструкции возможно выполнить только в том случае, если инженер реально выполнил предыдущее действие. Таким образом обеспечивается своего рода контроль за надлежащим исполнением инструкции специалистом по сервисному обслуживанию и ремонту оборудования.

Устранив неисправность и восстановив работу оборудования, инженер ставит соответствующую отметку на модели с применением очков дополненной реальности (например, «Причина неисправности устранена»), которая получит автоматическое отражение в СУИД и в ТОиР­системе. Таким образом, весь процесс сервисного обслуживания реализуется на месте, что обеспечивает его оперативность и высокое качество.

Обеспечение нового качества монтажных и демонтажных работ с помощью очков дополненной реальности

Монтаж/демонтаж крупногабаритного технологического оборудования, расположенного в ограниченном производственном помещении, — это типовая и регулярная задача на производственных предприятиях, которую необходимо выполнять быстро и качественно. С появлением технологии дополненной реальности стало возможным грамотно спланировать процесс монтажа/демонтажа как с точки зрения сроков реализации, так и в плане разработки технологии.

Для примера зададим ситуацию и продемонстрируем решение задачи на практике. Необходимо произвести демонтаж гидротурбины диаметром 10 м на демонтажной площадке площадью 20Ѕ20 м. Возникает вопрос, где размещать элементы оборудования (например, крышку, лопатки и т.д.), чтобы вписаться в геометрию ограниченного пространства, выделенного под демонтаж?

Надев очки Microsoft HoloLens, специалист по демонтажу может работать с дополненной моделью гидротурбины и виртуально прорабатывать различные сценарии позиционирования ее элементов на площадке до тех пор, пока не получит нужный результат. Кроме того, сразу же будет учитываться вся инженерная информация по оборудованию, подгружаемая из СУИД НЕОСИНТЕЗ, что обеспечивает не только оперативное принятие инженерных решений, но и безопасное производство работ в реальности.

Заключение

В данной статье были продемонстрированы практические кейсы применения технологии дополненной реальности в отрасли промышленного и гражданского строительства в интеграции с относительно более развитыми технологиями НЕО. Кейсы доказывают, что такая интеграция создает мощный синергетический эффект, и очки дополненной реальности становятся очень ценным рабочим инструментом на предприятии, применение которого повышает качество решения различных производственных задач.

Скорость развития AR­технологии, а также глубина ее проникновения в реальные потребности предприятий, несомненно, будет интенсивно расти в ближайшие пять­десять лет. Поэтому те компании, которые начнут освоение технологии дополненной реальности уже сейчас, создадут нужный темп ее развития на своем предпрятии для решения собственных прикладных задач и в конечном счете обеспечат себе значительное конкурентное преимущество.