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沉浸式“数字化双胞胎”、角色扮演——增强现实和虚拟现实正在改变制造业培训

来源:控制工程网2019.04.18阅读 2896

  制造业中增强现实(AR)和虚拟现实(VR)的早期采用者已经证明,将这些先进的技术用于员工培训将有助于弥合员工技能差距,改变控制工程师的培训和评估方式,并通过更好的管理老员工的离职和退休CONTROL ENGINEERING China版权所有,保留和共享专业知识和知识产权,来顺利实现新老员工的交替和技术经验传承。
  此外,AR和VR在提高员工生产力和安全性方面也显示出其价值。例如,一家总部设在英国的大型航空航天和国防公司,利用AR创建更具灵活性的员工队伍。借助AR技术该公司以过去十分之一的成本,在数小时内就创建了工作导则,培训新员工的效率提高了30%至40%,并将装配时间缩短了一半。
  在另一案例中,总部设在美国的全球商业技术产品制造商利用AR将现场工程师与专家联系起来,而不是仅仅提供服务手册和电话支持。首次修复率提高了67%,工程师的效率提高了20%。解决问题的平均时间缩短了2小时以上。AR在创建和记录培训工作程序方面的进步表明,培训所花费的时间减少了37%,记录工作指令所需的时间减少了75%。
  解决制造业劳动力短缺问题
  制造商正面临着技术工人短缺的问题,多年来一直这样,即使在失业率达到历史低点之前也是如此。工人退休、经济扩张和日益扩大的技能差距都是促成因素。根据美国劳工统计局的数据,制造企业新工人的平均任期为 5.3年,这意味着即使制造商吸引到了新的人才,未来再次招聘的可能性也很高。
  最难填补的职位通常是对业绩影响最大的职位。控制工程师、熟练的操作员、技术人员和机械师等技术职位,对于扩大运营、实施数字化转型计划和提高生产率至关重要。这些职位也是最需要培训和投资的职位。
  内部培训计划是吸引和培养制造商所需求人才的关键。但是,传统方法(如培训手册、作业跟踪以及评估和认证流程) 已经过时,效果较差且耗时。这些方法也不能满足员工对不同学习风格的需求。

图 1:借助AR技术,远程专家还可以用双手在数字世界中绘图、做标记,向实际工作中的工人传达想法和指示。本文图片来源: PTC

  AR和VR技术的区别
  AR通过将数字内容和分析叠加到现实世界中,改变了信息的使用方式。例如,想象一下,在制造环境中能够借助3D眼镜、手机或平板电脑CONTROL ENGINEERING China版权所有,就可以查看覆盖在机械和工厂车间的运行数据、图纸、文档和蓝图。它还可以提供分步过程指导、运行人员设置以及对指令、工作步骤、流程等进行更改。
  与AR不同的是,VR创造了完全沉浸式的体验。VR不会将数据和分析叠加到现实世界中,而是创建一个模拟环境。想象一下,身在办公室就能够虚拟访问远程工厂或仍在建设中的工厂,如海上油气平台,而不必派员员到现场。
  AR培训的优势
  通常情况下,制造业的劳动力培训由传统方法实现,传统方法通常由印刷手册、基于计算机的培训、角色扮演和追踪等多种方法构成。这些方法费时费力,尽管如此,结果仍然有好有坏,难以预测。
  传统的培训教程不是交互式的,在很多时候可能难以解释受训学员的疑问,不能根据个人需求进行定制;角色扮演可能难以安排,并可能妨碍生产和降低生产能力。这类培训材料的创建和维护也需要大量时间,如果没有离线设备,从培训中获得的所有知识,仍需在现实环境中实践。

图 2: AR可帮助工作人员识别完成任务所需的适当的工具和部件,提供分步指导,并通过实时反馈报警和纠正错误。

  相比之下,AR满足了多种学习风格的需求,并带来如下诸多好处:
  ●使培训具有视觉、听觉和动觉;
  ●实时提供分步的可视和口头指导;
  ●在工厂和仓库中为工人提供更有效地导航;
  ●确定任务所需的适当工具和部件;
  ●提供分步指导;
  ●报警和纠正在实时反馈过程中采取的错误措施;
  ●将关键性能指标和操作数据显示到设备上,以说明工厂正在如何应对变化。
  例如,如果控制或维护工程师被告知电机无法正常工作,AR可以引导工程师或技术人员到仓库中寻找备件,将技术人员引导到电机在工厂内的位置,并提供分步指导如何安全地执行挂牌(LOTO)过程,并显示引导说明,以拆卸旧电机并安装新电机。完成后,AR还可以显示如何正确启动机器。
  通常,完成传统的培训课程后,会对学员进行评估,以确保对关键科目的理解和掌握,包括LOTO程序、过程危险方法、OSHA指南等等。在某些情况下,会对受训人员进行实际评估;在其它情况下,则可能只进行认证测试。
  认证和实践评估有缺点。通过笔试和数字化考试,培训师无法评估学员是否掌握了成功所需的实体概念。而通过实践评估,可对受训人员进行重要的概念测试,但数据,如人为错误和衡量整体业绩的指标,却丢失了。这些数据有助于改进未来的培训计划。
  AR提供了一种将两种评价方法中的最佳部分结合起来的手段控制工程网版权所有,对受训人员进行实践考试,同时掌握加强培训所需的基本数据。AR有能力识别何时利用了错误的部件,装配步骤何时出错,什么时候完成任务所需的时间太长,甚至在什么时候错误步骤导致了安全风险。
  更适合特殊场景的VR培训
  在制造过程中,无论培训水平如何,总有一些工况需要工程师提前做好准备。传统的培训方法不擅长解决这些应急情况和特殊场景。
  在过程工业中安全是最重要的。有些工况可能是运营人员和控制工程师在整个职业生涯中都不会遇到的,但是它们仍然需要对这些特殊情况做好准备,例如失控反应、化学泄漏或爆炸。或者是每年可能只发生一次的工况,比如关机和启动。在单一和混合制造中控制工程网版权所有,运行人员需要为产品转换、设备升级和紧急情况做好准备,以减轻和防止设施和人员受损的风险。
  在这些情况下,VR可以带来巨大的价值。通过沉浸式“数字化双胞胎”,控制工程师可以利用角色扮演并在紧急场景下练习。在特定的制造环境下,他们不仅可以训练如何应对突发的紧急情况,还可以了解不同的应对措施对于运营的影响。“数字化双胞胎”和VR还提供了在实际环境中不存在的工况下培训运营人员的机会,无论设施正在建设中、在偏远地方,还是在不安全的地方。
  通过AR弥合技能差距
  根据德勤公司的数据,在未来10年中,美国将有超过270万婴儿潮一代出生的人,带着他们丰富的经验和知识从制造业退休。有效的离职管理,对于培养下一代控制工程师至关重要。但是,开发传统的培训材料需要大量时间,而且材料很容易就过时了。

图 3: VR通过模拟环境创造沉浸式体验,在模拟环境中控制工程网版权所有,运行人员几乎可以在正在建设的生产线、装置或工厂上进行培训,而无需向现场派遣学员。

  有了AR技术获取专家知识的效率就会大大提高。熟练的技术工程师可以创建AR体验,而不是执行完过程以后再花费数小时的时间来记录它。AR利用先进的传感器和计算机视觉,来捕捉记录工厂位置和工作流程的音频和视频。控制工程师可以戴着耳机执行任务,并在执行过程中交谈,就好像他们在训练某人一样。同时,AR会同步记录这些信息,并将其转化为培训材料,供今后使用,这些材料也可以在AR经验中发布,也可以以视频、图像和文本文档等更传统的格式出版(见图 1)。
  除此之外,AR还可以通过在远程专家和制造设施之间建立连接,来弥补技能差距。远程专家可以佩戴一个AR设备,专家看到的信息,同工厂中佩戴AR设备的人看到的一样,并且可以在工厂环境背景下进行对话。
  远程专家还可以用双手在数字世界中绘图、做标记,向实际工作中的工人传达想法和指示。在采用AR技术之前,这种类型的交互式和视觉通信从未存在。它可以帮助工人完成不熟悉或具有挑战性的任务,或在专家指导下解决问题。它还为即将退休但可能希望继续兼职或远程工作的工人,提供更大的灵活性。
  吸引、培训和留住下一代控制工程师的需求将是一个挑战;然而,AR和VR吸引了以技术为中心的千禧一代,并已证明先进技术可以促进培训和入职。有了AR和VR技术,控制工程师可以更好地应对日常工况,以及在他们的职业生涯中从没遇到的紧急情况。制造商应该采用最新技术来弥合技能差距,确保高效、安全地过渡到下一代劳动力。(作者:Shelby Hegy)

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