Как VR и цифровые двойники оптимизируют удаленную работу в технических профессиях

Цифровые двойники и виртуальная реальность меняют наш мир работы. Погрузитесь в эволюцию этих технологий и их влияние на современные отрасли промышленности, городское планирование и удаленные команды.

«Хьюстон, у нас возникла проблема… Мы выпускаем что-то в космос».

Это две фразы, которые никогда не стоит произносить, особенно когда вы находитесь примерно в 200 000 милях от ближайшего механика. Это было 13 апреля 1970 года, и на борту «Аполлона-13» только что произошел взрыв. Космический корабль потерял мощность и кислород, а машина, очищавшая воздух от углекислого газа (CO2), вышла из строя.

Три человека в крошечном космическом корабле возле Луны теперь полностью зависели от команд ученых на Земле. Ситуация была настолько ужасной, насколько это вообще возможно.

Но у астронавтов и ученых были три вещи: радиосвязь между космическим кораблем и землей, постоянный поток телеметрических данных, отправляемых обратно на Землю и записываемых, а также наземная команда, у которой был настоящий физический двойник Аполлона-13 в космосе. виде тренажера для обучения и тестирования.

Используя эти преимущества, ученые НАСА разработали конструкцию скруббера CO2, который астронавты могли бы построить из картона и отходов, найденных в космическом корабле. Вы знаете, чем закончилась эта история - астронавты вернулись домой живыми.

Очевидно, что удаленная работа и цифровые двойники появились еще в середине 20-го века. Эта технология прошла долгий путь с первых дней пандемии, не говоря уже о первой эпохе космической эры.

Сейчас удаленная работа более распространена на Земле. Согласно отчету LinkedIn «Global State of Remote and Hybrid Work» за январь 2024 года, только около 5% рабочих мест в США были классифицированы как удаленные рабочие места в 2017 и 2018 годах. Сегодня LinkedIn сообщает, что 24% рабочих мест (по крайней мере, в том, что касается добавленные в профили LinkedIn), являются удаленными.

Поскольку эта тенденция сохраняется, союз цифровых двойников и таких технологий, как виртуальная реальность, дополненная реальность и другие, может открыть новую эру в том, как люди работают вместе, даже если люди, общающиеся между собой, находятся далеко друг от друга.

Понимание концепции цифрового двойника

Проще говоря, цифровой двойник — это цифровой клон реальной системы, которая регулярно обновляется текущими данными телеметрии.

«Проще говоря, цифровые двойники должны иметь интеллектуальный элемент, такой как моделирование/ИИ и т. д., позволяющий прогнозировать будущее и принимать решения. Система цифровых двойников также включает в себя процессы инициирования этих решений (часто автоматизированные). но есть много примеров с бизнес-процессами, в которых участвует человек)», — сказал в электронном письме Дэвид Макки, посол и председатель Консорциума цифровых двойников и научный сотрудник Королевской инженерной академии.

Двойник сочетает в себе программное представление (будь то в САПР или какой-либо другой компьютерной модели) оригинала с постоянной подачей данных, обеспечивающей широкую телеметрию, которая поддерживает актуальность модели о состоянии и статусе конкретного дублируемого оригинала. Двойник можно использовать для представления и анализа аспектов оригинала, а также для прогнозирования будущего поведения и состояния оригинала на основе применения смоделированных тестов и текущих данных к двойнику.

Цифровые двойники используются для поддержки управления заводами и даже городами. Подробную информацию о цифровых двойниках и XR см. в моем руководстве.

Проверка виртуальной реальности

Между тем, виртуальная реальность, дополненная реальность, смешанная реальность и расширенная реальность играют ключевую роль в объединении цифровых двойников и удаленного сотрудничества. Если вы понимаете, что можно смоделировать всю фабрику, то не так уж и сложно понять, что возможность ходить по виртуальной версии фабрики может быть полезной.

С появлением Apple Vision Pro за 3500 долларов и Meta Quest 3 за 500 долларов XR в значительной степени стал практичным, хотя и все еще немного громоздким.

Многие из нас уже редактировали что-то в Google Docs. Когда я редактирую документ вживую с одним из моих редакторов, который живет за 3000 миль от меня, и вносимые мной изменения сразу же видны ей, это очень повышает производительность. Конечно, всё может пойти и не так. Я был в безумии Google Docs, когда 10 человек на собрании Zoom одновременно редактировали один и тот же документ. Ой!

Если не доводить до таких крайностей, совместное редактирование документов идеально подходит для доработки официального документа или статьи. Но что, если вы разрабатываете новую кофеварку? Некоторые программы САПР позволяют совместно использовать экраны. Zoom и его собратья также позволяют совместное использование экрана, но в обоих этих примерах моделируемый объект по-прежнему отображается в плоском 2D-пространстве.

Вместо этого представьте, что вы разрабатываете кофеварку, и теперь три участника собрания находятся на одной виртуальной кухне. Каждый человек может заглянуть вниз и под шкафы, чтобы увидеть, сколько места останется, когда крышка кофеварки откроется. Можно вращать и регулировать кофеварку на стойке и видеть, как если бы вы были там, как она будет выглядеть и насколько легко будет дотянуться до нее и манипулировать ею.

Эта кухня может быть полностью виртуальной (VR-погружение) или настоящей кухней с виртуальным кофейником, стоящим на стойке (MR). На данный момент это не имеет особого значения, за исключением дизайнеров. Дело в том, что телесность объекта теперь стала гораздо более интуитивной.

Давайте станем большими. Вместо кофейника вы проектируете автомобиль. Приятно видеть фотографии и рендеры автомобиля, но с помощью AR и VR вы можете бросить эту машину прямо на улицу, подойти к ней, посмотреть на нее под разными углами и даже сесть (на физический стул в своем собственном пространство) внутри виртуальной кабины, чтобы увидеть, как можно увидеть, использовать и достать различные инструменты и элементы управления.

Давайте станем больше. Мы останемся с идеей проектирования автомобиля, но сейчас проектируем завод. В VR вы можете перемещаться между станциями и физически видеть, насколько далеко машины находятся друг от друга, как движется производственный путь и даже насколько хорошо освещено окружение. И вы можете делать это вместе с членами команды, поэтому, если вы укажете на что-то на фабрике, они смогут увидеть то, на что вы указываете, и все это с реальной точки зрения.

Давайте станем еще больше. Мы перейдем от симуляций размером с фабрику к симуляциям размером с город.

Сингапур разработал проект «Виртуальный Сингапур», который содержит 3D-модели и симуляции, которые позволяют различным секторам города использовать цифровые инструменты для решения самых разных задач — от улучшения парков до оптимизации маршрутов эвакуации. Южный прибрежный штат Индии Андхра-Прадеш проектирует Амаравати, умный город стоимостью 6,5 миллиардов долларов, который использует тысячи наборов данных как часть цифрового двойника, чтобы помочь управлять всем: от разрешений до хода строительства и проектирования, чтобы помочь городу смягчить экстремальные климатические условия.

Заводские цеха и лучшие здания

«XR/VR/AR может быть инструментом/технологией, используемой в системах цифровых двойников, и наоборот», — сказал Макки из Digital Twins Consortium.

В немецком Штутгарте компания Porsche создала полную модель завода. Компания использовала проектные модели, чтобы изучить, как желаемая конфигурация влияет на несущую способность полов. Поставщики также смогли использовать эту модель для настройки своего оборудования в соответствии с выделенным пространством на заводе Porsche. Действующий завод производит автомобили, а виртуальная модель цифрового двойника постоянно способствует операционному совершенствованию.

Хотя этот завод еще не внедрил XR, можно увидеть, как продавцы и инженеры Porsche со всего мира могут собраться вместе, чтобы виртуально осмотреть заводские помещения и вместе принять проектные и эксплуатационные решения, не тратя ночь на полет на завод. сидели на тесных сиденьях и ели невкусную авиационную еду.

Winniio, базирующаяся в Гетеборге, Швеция, — консалтинговая фирма, специализирующаяся на цифровой трансформации и цифровых двойниках. Один из проектов Winniio — оптимизация интеллектуальных решений отопления в коммерческих зданиях. Компания создала цифрового двойника для школ шведского муниципалитета Векшё (девиз которого — «Самый зеленый город Европы»). Проект оптимизирует поток энергии к каждому радиатору, максимально эффективно распределяя тепло и сокращая выбросы CO2 в зданиях.

Winniio делает это, используя 300 беспроводных сетчатых датчиков, подключенных к более чем 200 излучателям. Эти датчики постоянно передают информацию близнецу. Содержит 3D-модели зданий, основанные на оригинальных чертежах. Вся система запускается изнутри игрового движка, что способствует визуализации и совместной работе.

«В 2D человеку требуется 40 минут, чтобы выявить 1 из 8 проблем только с помощью рисунков», — сказал генеральный директор и основатель Николас Ваерн в электронном письме. Но очень сложно объяснить ситуацию лицам, принимающим решения. «В 3D человеку требуется 20 минут, чтобы выявить 2 проблемы». Людей, принимающих решения, легче показать с помощью визуальной модели.

Но «В VR команда из четырех человек может работать вместе. Чтобы выявить восемь из восьми проблем, понять, к чему они приводят, и как их решить с меньшими усилиями, требуется восемь минут. Почему? Простая причина в том, что мы все привыкли работать в 3D с эффектом погружения. Это наша реальность», — сказал Ваерн.

Живые данные, передаваемые в цифровой двойник, позволяют команде Уорна не только записывать реальность, но и эмулировать ее, моделировать и тестировать сценарии.

Фокус на решениях, а не на технологиях

Учитывая распространенность такого количества модных словечек и аббревиатур, легко запутаться в номенклатуре и характеристиках технологий, которые мы обсуждаем. Не позволяйте себе увлечься, пытаясь систематизировать все эти элементы. Вместо этого сосредоточьтесь на решении, в котором действующая система имеет собственного цифрового двойника и где вы можете использовать его для моделирования, прогнозирования, тестирования, прогнозирования и диагностики.

В Университете Лидса в Великобритании проект цифрового двойника использует не только симуляционные модели и виртуальную реальность, но и тактильные ощущения, которые помогают пользователям в дальнейшем подключаться к симуляции.

«Ученые использовали технологию цифровых двойников для обеспечения тактильного взаимодействия с виртуальной реальностью посредством процедурного обучения», — сказал Хосам Аль-Самаррайе, профессор в области дизайна цифровых инноваций, по электронной почте.

Они использовали инструменты для обеспечения тактильных ощущений, таких как сопротивление силе и текстура, чтобы пользователи могли «чувствовать» или «прикасаться» к виртуальным объектам. Они создали один проект, который позволил командам общаться и работать виртуально, решая проблемы проектирования.

Совместно используя эти технологии, команды Лидса создали дизайнерские решения, которые «перепроектировали будущее иммерсивных галерей», чтобы посетители могли испытать ощущения от прикосновения и ощущения виртуальных артефактов.

Умные, подключенные экосистемы любого размера

В отчете Autodesk о цифровых двойниках за 2022 год компания прогнозирует, что к 2025 году цифровые двойники будут использоваться в 500 городах. Кроме того, 91% платформ Интернета вещей (IoT) будут предлагать ту или иную форму возможностей цифровых двойников к 2026 году, а к 2028 году. цифровое дублирование станет стандартом в рамках внедрения Интернета вещей.

Возможность видеть и моделировать ключевые аспекты системы может привести к более разумным решениям, что, в свою очередь, приведет к повышению окупаемости инвестиций. Благодаря возможности прогнозировать эксплуатационные «ошибки» и тестировать решения с помощью моделирования операции будут проходить более гладко, а обслуживание будет более активным, предпроблемным и существенно менее затратным.

Огромную выгоду от цифровых двойников получают архитектурные, инженерные и строительные компании (AEC), которые могут предложить больше услуг, ценность и долгосрочные стратегические выгоды, полученные благодаря более качественному прогнозному и превентивному интеллекту.

По данным аналитической компании MarketsandMarkets Research, в 2023 году мировой рынок цифровых двойников в целом оценивался в 10 миллиардов долларов и, как ожидается, к 2028 году вырастет на 61% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года до 110 миллиардов долларов. Подстегивать этот рост будет огромный рост использования цифровых двойников для профилактического обслуживания, что в сочетании с искусственным интеллектом, как ожидается, будет иметь далеко идущие последствия, когда дело доходит до решения дорогостоящих эксплуатационных проблем и задач.

VR и XR являются частью этого решения. Поскольку эти гарнитуры снизятся в цене (и, что более важно, их размер и вес), они получат более широкое распространение. Существует огромная разница в восприятии городского квартала на мониторе компьютера и прогулки по виртуальному городскому кварталу с окружающей средой.

Применительно к цифровым двойникам очевидные преимущества XR — это больше, чем просто еще одна технология. Эта измененная перспектива имеет значительный потенциал для открытия наблюдений и идей, которые могут быть неочевидны на маленьком экране.