Jak VR a digitální dvojčata zefektivňují práci na dálku v technických profesích

Digitální dvojčata a VR přetvářejí náš svět práce. Ponořte se do vývoje těchto technologií a jejich dopadu na moderní průmyslová odvětví, městské plánování a vzdálené týmy.

"Houstone, máme tady problém... Něco vypouštíme do vesmíru."

To jsou dvě fráze, které nikdy nechcete vyslovit, zvláště když jste asi 200 000 mil od nejbližšího mechanika. Bylo 13. dubna 1970 a na palubě Apolla 13 právě došlo k explozi. Kosmická loď ztratila energii a kyslík a stroj, který vymýval oxid uhličitý (CO2) ze vzduchu, byl rozbitý.

Tři lidské bytosti v malé kosmické lodi poblíž Měsíce byly nyní zcela závislé na týmech vědců na Zemi. Situace byla tak zoufalá, jak jen mohla být.

Ale astronauti a vědci měli tři věci: rádiovou komunikaci mezi kosmickou lodí a zemí, neustálý tok telemetrických dat posílaných zpět na Zemi a zaznamenávání a pozemní tým, který měl skutečné fyzické dvojče Apolla 13. formou výcvikového a zkušebního simulátoru.

S využitím těchto výhod vědci z NASA navrhli návrh pračky CO2, kterou by astronauti mohli postavit z lepenky a útržků nalezených v kosmické lodi. Víte, jak příběh končí - astronauti se dostali domů živí.

Práce na dálku a digitální dvojčata se zjevně datují do poloviny 20. století. Tato technologie ušla dlouhou cestu od prvních dnů pandemie, natož od první éry vesmírného věku.

Nyní je práce na dálku na Zemi běžnější. Pouze asi 5 % pracovních míst v USA bylo v letech 2017 a 2018 klasifikováno jako vzdálené práce, podle zprávy LinkedIn Global State of Remote and Hybrid Work z ledna 2024. Dnes LinkedIn uvádí, že 24 % pracovních míst (alespoň pokud se týká těch přidané do profilů LinkedIn) jsou vzdálené.

Jak tento trend pokračuje, sňatek digitálních dvojčat a technologie, jako je virtuální realita, rozšířená realita a další, by mohly vést k nové éře ve způsobech, jak lidé spolupracují - i když jsou komunikující lidé daleko od sebe.

Pochopení konceptu digitálního dvojčete

Jednoduše řečeno, digitální dvojče je digitální klon reálného systému, který je pravidelně aktualizován aktuálními telemetrickými daty.

"Nejjednodušeji řečeno, digitální dvojčata by konkrétně měla mít inteligentní prvek, jako je simulace/AI atd., aby bylo možné předpovídat budoucnost a přijímat rozhodnutí. Systém digitálního dvojčete také zahrnuje procesy pro spouštění těchto rozhodnutí (často automatizované). ale existuje mnoho příkladů s obchodními procesy typu human-in-the-loop),“ uvedl v e-mailu David McKee, velvyslanec a předseda konsorcia Digital Twin Consortium a člen Royal Academy of Engineering.

Dvojče kombinuje softwarovou reprezentaci (ať už v CADu nebo jiném počítačovém modelu) originálu spolu s neustálým podáváním dat poskytující širokou telemetrii, která udržuje model aktuální o stavu a stavu konkrétního originálu, který je twinning. Dvojče je možné použít k reprezentaci a analýze aspektů originálu a také k předpovídání budoucího chování a stavu originálu na základě použití simulovaných testů a aktuálních dat proti dvojčeti.

Digitální dvojčata se používají k podpoře řízení továren a dokonce i měst. Hluboký ponor do digitálních dvojčat a XR naleznete v mém průvodci.

Kontrola virtuální reality

Mezitím virtuální realita, rozšířená realita, smíšená realita a rozšířená realita hrají klíčovou roli ve spojení digitálních dvojčat a spolupráce na dálku. Pokud si uvědomíte, že je možné simulovat celou továrnu, není to tak velký skok, abyste pochopili, že možnost projít si virtuální verzi továrny může být výhodné.

S představením Apple Vision Pro za 3 500 $a Meta Quest 3 za 500 $se XR stalo prakticky praktickým, i když stále trochu těžkopádným.

Mnoho z nás již něco v Dokumentech Google spoluupravovalo. Když upravuji dokument naživo s jednou ze svých redaktorek, která žije 3000 mil daleko, a změny, které udělám, jsou pro ni okamžitě viditelné, je to velká výhoda pro produktivitu. Samozřejmě se to také může pokazit. Byl jsem v šílenství Dokumentů Google, kdy 10 lidí na schůzce Zoom upravuje stejný dokument ve stejnou dobu. Au!

Když se nedostanou do takových extrémů, je spolupráce při úpravách dokumentů perfektní pro doladění bílého papíru nebo článku. Ale co když navrhujete nový kávovar? Některé CAD programy umožňují sdílení obrazovek. Zoom a jeho bratři také umožňují sdílení obrazovky, ale v obou těchto příkladech je modelovaný objekt stále zobrazen v plochém 2D prostoru.

Místo toho si představte, že navrhujete ten kávovar a teď jsou tři členové schůzky ve stejné virtuální kuchyni. Každý se může podívat dolů a pod skříňky, aby viděl, kolik místa tam je, když se otevře víko kávovaru. Kávovar je možné otáčet a nastavovat na pultu a vidět, jako byste tam byli, jak by vypadal a jak snadné by bylo dosáhnout a manipulovat s ním.

Tato kuchyně může být celá virtuální (VR ponoření) nebo to může být skutečná kuchyně s virtuální konvicí na kávu sedící na jejím pultu (MR). To je vlastně jedno, kromě návrhářů v tuto chvíli. Jde o to, že fyzičnost objektu je nyní mnohem viscerálnější.

Jdeme na velkou. Místo konvice na kávu navrhujete auto. Je hezké vidět fotky a vykreslení auta, ale s AR a VR můžete auto pustit přímo na ulici, jít k němu, dívat se na něj z různých úhlů a dokonce si sednout (na vlastní židli prostor) ve virtuální kabině, abyste si vyzkoušeli, jak lze různé nástroje a ovládací prvky vidět, používat a dosahovat.

Pojďme se zvětšit. Zůstaneme u myšlenky navrhnout auto, ale teď navrhujeme továrnu. Ve VR se můžete pohybovat mezi stanicemi a fyzicky vidět, jak daleko jsou stroje od sebe, jak se pohybuje výrobní cesta a dokonce i to, jak dobře může být prostředí osvětlené. A můžete to udělat se členy týmu, takže pokud na něco ukážete v továrně, mohou vidět, na co ukazujete, a to vše ze skutečně zdánlivé perspektivy.

Pojďme ještě větší. Přeskočíme od simulací velikosti továrny k simulacím velikosti měst.

Singapur vyvinul projekt virtuálního Singapuru, který obsahuje 3D modely a simulace, které umožňují různým městským sektorům používat digitální nástroje k řešení problémů od zlepšování parků po optimalizaci evakuačních tras. Jihoindický pobřežní stát Ándhrapradéš navrhuje Amaravati, chytré město za 6,5 miliardy dolarů, které využívá tisíce datových souborů jako součást digitálního dvojčete, které pomáhá řídit vše od povolování až po postup výstavby a návrhy, které městu pomohou zmírnit jeho extrémní klimatické podmínky.

Tovární patra a lepší budovy

"XR/VR/AR může být nástroj/technologie umožňující použití v systémech digitálních dvojčat a naopak," řekl McKee z The Digital Twins Consortium.

V německém Stuttgartu Porsche vytvořilo úplný model továrny. Pomocí návrhových modelů prozkoumala, jak její požadovaná konfigurace spolupracuje s nosností podlah. Dodavatelé také mohli model využít k vyladění svého vybavení na přidělený prostor v továrně Porsche. Provozní továrna vyrábí automobily, přičemž virtuální model digitálního dvojčete neustále řídí provozní zlepšování.

I když tato továrna ještě neimplementovala XR, je možné vidět, jak se prodejci a inženýři Porsche z celého světa mohli virtuálně sejít, aby si prohlédli továrnu a společně dělali konstrukční a provozní rozhodnutí, aniž by museli strávit noc letem do továrny. sedí na stísněných sedadlech a jedí nechutné jídlo letecké společnosti.

Winniio sídlící ve švédském Göteborgu je poradenská firma specializující se na digitální transformaci a digitální dvojčata. Jedním z projektů společnosti Winniio je optimalizace řešení chytrého vytápění v komerčních budovách. Společnost vybudovala digitální dvojče pro školy ve švédské obci Växjö (jejíž motto je „Nejzelenější město Evropy“). Projekt optimalizuje tok energie ke každému radiátoru, maximalizuje efektivní distribuci tepla a snižuje CO2 v budovách.

Winniio to dělá pomocí 300 bezdrátových mesh senzorů připojených k více než 200 radiátorům. Tyto senzory neustále dodávají informace dvojčeti. Obsahuje 3D modely budov podle originálních výkresů. Celý systém je řízen zevnitř herního enginu, který podporuje vizualizaci a spolupráci.

"Ve 2D trvá člověku 40 minut, než identifikuje 1 z 8 problémů pouze prostřednictvím nákresů," uvedl generální ředitel a zakladatel Nicolas Waern v e-mailu. Ale je velmi těžké vysvětlit situaci těm, kdo rozhodují. "Ve 3D trvá člověku 20 minut, než identifikuje 2 problémy." Je snazší ukázat těm, kdo rozhodují, pomocí vizuálního modelu.

Ale: "Ve VR může tým čtyř lidí spolupracovat. Identifikovat osm z osmi problémů, pochopit, k čemu to vede, a jak to vyřešit s menším úsilím, trvá osm minut. Proč? Jednoduchý důvod je ten, že my všichni jsou zvyklí pracovat ve 3D pohlceně, je to naše realita,“ řekl Waern.

Živá data přiváděná do digitálního dvojčete umožňují Waernovu týmu nejen zaznamenávat realitu, ale také ji emulovat, simulovat a testovat scénáře.

Zaměření na řešení, ne na technologie

Vzhledem k rozšířenosti tolika módních slov a zkratek je snadné uvíznout v nomenklatuře a charakteristice technologií, o kterých jsme diskutovali. Nenechte se unést snahou zaškatulkovat všechny tyto prvky. Místo toho se zaměřte na řešení, kde má živý systém své vlastní digitální dvojče a kde jej můžete použít k modelování, předpovídání, testování, prognózování a diagnostice.

Na University of Leeds ve Spojeném království projekt digitálního dvojčete využívá nejen simulační modely a VR, ale také haptiku, která uživatelům pomáhá dále se připojit k simulaci.

"Akademici používali technologii digitálního dvojčete k poskytování haptické interakce s VR prostřednictvím procedurálního učení," řekl e-mailem Hosam Al-Samarraie, profesor designu digitálních inovací.

Použili nástroje k poskytování hmatových vjemů, jako je silový odpor a textura, aby uživatelé mohli „cítit“ nebo „dotýkat se“ virtuálních objektů. Postavili jeden projekt, který umožnil týmům komunikovat a pracovat virtuálně při řešení konstrukčních problémů.

Pomocí těchto technologií společně vytvořily týmy z Leedsu designová řešení, která „přepracovala budoucnost pohlcujících galerií“, takže návštěvníci mohli zažít pocity dotyku a pocitu virtuálních artefaktů.

Chytré, propojené ekosystémy všech velikostí

Ve zprávě Autodesku o digitálních dvojčatech z roku 2022 společnost předpověděla, že do roku 2025 bude digitální dvojčata provozovat 500 měst. Dále 91 % platforem internetu věcí (IoT) bude do roku 2026 nabízet nějakou formu digitálního twinningu a do roku 2028 Digitální twinning se stane standardem jako součást aktivace IoT.

Schopnost vidět a simulovat klíčové aspekty systému může vést k chytřejším rozhodnutím, což následně vede k lepší návratnosti investic. Díky schopnosti předvídat provozní „problémy“ a testovat řešení v simulaci budou operace moci běžet plynuleji a údržba bude proaktivnější, předproblémová a v zásadě levnější.

Velkým příjemcem digitálních dvojčat jsou architektonické, inženýrské a stavební firmy (AEC), které mohou nabídnout více služeb, hodnoty a dlouhodobé strategické výhody odvozené z lepší prediktivní a preventivní inteligence.

Globální trh s digitálním dvojčetem měl v roce 2023 celkovou hodnotu 10 miliard dolarů a očekává se, že do roku 2028 raketově vzroste o 61 % na 110 miliard dolarů, uvádí analytická společnost MarketsandMarkets Research. K tomuto růstu přispěje obrovský nárůst používání digitálních dvojčat pro prediktivní údržbu, od nichž se očekává, že v kombinaci s umělou inteligencí budou mít dalekosáhlé důsledky, pokud jde o překonání nákladných provozních problémů a výzev.

VR a XR jsou součástí tohoto řešení. Jak tyto náhlavní soupravy klesají v ceně (a co je důležitější, velikosti a hmotnosti), získávají stále větší osvojení. Je obrovský rozdíl ve vnímání mezi zobrazením městského bloku na monitoru počítače a chůzí ve virtuálním městském bloku s prostředím všude kolem vás.

Při aplikaci na digitální dvojčata jsou viscerální výhody XR více než jen další technologie. Tato změněná perspektiva má značný potenciál odemknout pozorování a postřehy, které nemusí být patrné při pohledu na malou obrazovku.