Как всегда, самые интересные вещи происходят на стыке различных наук и технологий. Что будет, если совместить технологии мобильности, дополненной и виртуальной реальности? Связать воедино компьютерные 3D-модели, данные из множества источников и физический мир? Сразу вспоминаются сцены из фантастических фильмов, где один герой может смотреть на мир глазами другого, находясь далеко от места действия — «Трудно быть богом» или «Аватар». В принципе, в этом нет ничего невозможного, нужно только отвлечься от всякого драматизма и развернуть ситуацию в сугубо практическое русло — например, чтобы по-новому переосмыслить автоматизацию процесса сервисного обслуживания и ремонта сложного оборудования
Проблема в том, что доверить эту работу можно только высококвалифицированным инженерам, которые «знают в лицо» каждую установку, каждый агрегат и могут починить его буквально с закрытыми глазами. Естественно, таких специалистов мало, и ценятся они очень высоко. Если бы речь шла только об их зарплате, бизнес мог бы смириться с этим — в конце концов, эти люди обеспечивают безаварийную работу нефтяных платформ, радиолокационных станций, узлов связи, турбин и других промышленных объектов.
Но кроме того, что им надо хорошо платить, инженеров необходимо доставлять на объекты, а значит, постоянные командировки ложатся дополнительным грузом на бюджет компании: по некоторым оценкам, только на перелеты одного сервисного инженера тратится порядка двухсот тысяч евро в год. Тем не менее, хотя данный факт и огорчает вашего финансового директора, в принципе эти расходы тоже можно принять как неизбежные издержки на ведение бизнеса.
Однако есть еще проблема, которая не решается в терминах денег: расстояние и время. Зачастую производственные площадки расположены в самых труднодоступных местах, а инцидент может произойти где угодно. Вы ни за какие деньги не сможете за несколько часов перебросить инженера с Сахалина на Шпицберген, если там вдруг срочно понадобилось его присутствие. К сожалению, в реальной жизни неприятности случаются в самый неподходящий момент, в полном соответствии с законами Мерфи.
Идеальное решение: «передать человека по телеграфу»
Лучшим выходом в нашей ситуации была бы телепортация. Кажется, Норберт Винер первым высказал мысль о теоретической возможности «передать человека по телеграфу» — однако пока это технически нереализуемо. Но представим себе идеальную картину, когда ваши инженеры сидят в теплом офисе и удаленно управляют обслуживанием и ремонтом оборудования любой сложности в любой точке мира, а не мерзнут где-то в тайге и не коротают часы в зале ожидания аэропорта. Это сегодня становится возможным благодаря комбинации средств виртуальной и дополненной реальности, которые создают эффект телеприсутствия специалиста на объекте и обеспечивают эффективное взаимодействие с обслуживающим персоналом на месте.
Предположим, у нас есть 3D-модель, которая с точностью до 5 мм повторяет настоящий объект, занимающий площадь в шесть квадратных километров. На таком участке вполне поместится детально прорисованный завод со всеми станками и агрегатами, размещенными внутри цехов и снаружи, — несколько десятков тысяч единиц оборудования, которыми можно управлять. Чтобы создать такую модель, сначала импортируются чертежи из CAD-системы. Затем на месте делается подробная фотосъемка и полученные изображения накладываются на CAD-основу, чтобы всё выглядело, как в жизни. Это похоже на то, как делаются панорамы улиц в Google, только съемка ведется более профессионально, чтобы получить большую точность.
Поскольку на реальном объекте все время происходят какие-то изменения — что-то покрасили, передвинули, что-то добавили, а что-то демонтировали, — должна производиться актуализация модели. В принципе это могут делать люди, находящиеся на месте. Им нужно только сфотографировать изменения и прислать снимки, а мы загрузим их в модель, это не проблема. То есть делается многоракурсная съемка с помощью специального софта, который фиксирует положение и наклон камеры. В крайнем случае модель уточняется просто по спутниковым фотоснимкам местности.
Надев шлем типа Oculus Rift, инженер оказывается в виртуальной реальности — он мгновенно переносится на удаленный объект, может по нему ходить, видеть любое оборудование, считывать показания приборов, включать и выключать отдельные блоки или узлы. Если объект оснащен средствами дистанционного управления, то их можно интегрировать в нашу 3D-модель — и тогда оператор, щелкая виртуальными переключателями, будет и на самом деле что-то включать или выключать; для этого надо установить Microsoft Kinect — и руки оператора тоже станут виртуальными.
Это делается не ради развлечения — таким образом специалист может удаленно провести диагностику и решить, что нужно предпринять для проведения планового ремонта или устранения неисправности. Конечно, чтобы выполнить какие-то физические действия — что-то отвинтить, передвинуть, заменить деталь и т. д., — инженеру нужен напарник, его «аватар», который может не обладать высокой квалификацией: от него требуется лишь точное исполнение команд инженера.
Почему схем и чертежей недостаточно
Несомненно, в недалеком уже будущем людей заменят роботы, которые станут глазами и руками сервисных инженеров. А пока это будущее не наступило, на каждом объекте есть дежурная смена, и если правильно выстроить коммуникации, то значительную часть задач можно будет решать без физического присутствия инженера.
Но, как показала практика, инженер должен именно видеть объект, чтобы объяснить своим помощникам на месте, что нужно делать. Одних чертежей и схем в данном случае недостаточно, потому что все установки, даже если они собраны по одному чертежу, могут слегка отличаться друг от друга. У каждого аппарата есть своя «"история болезни», и при его ремонте это надо учитывать. К тому же рядовой обслуживающий персонал обычно не обладает умением читать чертежи — здесь нужны простые инструкции типа «поверни тот рычаг, а потом открой крышку».
Виртуально присутствуя на объекте, инженер может точно сказать своему «аватару», где именно нужно встать, куда и под каким углом посмотреть, чтобы добраться до какой-то гайки или датчика. Инженер может послать помощнику скриншот — что он видит в своей виртуальной модели, — дополнив его информацией, имеющей отношение к делу. Причем совершенно не обязательно пересылать изображение в высоком разрешении, достаточно указать координаты и направление взгляда: скриншот для оператора будет создан на месте по координатам модели, а инструкции придут в текстовом виде.
Чтобы эти данные получить, оператор на удаленной площадке может обойтись и смартфоном — ему лишь надо будет сопоставить полученную картинку с тем, что он видит в реальности, и выполнить все инструкции. Но на самом деле вариант, когда человек держит смартфон в одной руке и крутит гайки другой, не работает. Ему необходимы обе руки, и при этом нужно видеть информацию, которую он получает из модели. Так что нельзя просто где-то зафиксировать телефон и периодически на него поглядывать — было бы удобнее смотреть сквозь изображение.
Поэтому лучше, когда напарник инженера использует очки дополненной реальности типа Google Glass, например Vuzix — это первый и пока единственный коммерческий продукт такого рода. Ведь Google Glass — продукт не коммерческий. Если в вашей компании несколько тысяч инженеров и всех надо обеспечить таким устройством, то это не получится — потому что нельзя купить тысячи Google Glass для мобильных техников — они просто не продаются в таких количествах. А чтобы оператор мог безошибочно дойти до нужной точки, из виртуальной реальности инженера в дополненную можно передать весь маршрут. Когда он доберется до места и оглядится вокруг, движок дополненной реальности опознает механизм или прибор, требующий обслуживания либо ремонта, и покажет его расширенное описание.
Помимо этого необходима обратная связь — чтобы инженер видел, насколько правильно его понял напарник, и чтобы в виртуальной модели отражались те изменения, которые делаются в ходе ремонтных работ. Допустим, рабочие из дежурной смены разбирают какой-то сложный агрегат, — инженеру нужно шаг за шагом контролировать процесс.
В принципе рабочего можно снабдить камерой типа GoPro, закрепленной на каске, и тогда в центре управления будет точная картинка происходящего. Инженер, не снимая своего шлема Oculus, может видеть действия рабочего в режиме «картинка в картинке», подсказывать ему или давать какие-то команды. Но камеры требовательны к пропускной способности канала, а с этим как раз есть проблемы: на нефтяной платформе где-нибудь в Северном море максимум, что имеется, это спутниковый канал 9600 бит/с, а на такой скорости никакого видео у нас не будет. И даже по широкополосному каналу связи работать с видео может быть неудобно — потому что есть задержка в прохождении сигнала: человек голову повернул, а картинка обновится только через одну-две секунды. (Хорошо, что наши объекты пока не на Марсе, иначе ждать пришлось бы 12 минут!)
Если вариант с видео не проходит, можно текущую ситуацию на объекте заснять с помощью телефона — это изображение будет наложено на модель или показано отдельным кадром, чтобы инженеру не пришлось выходить из виртуальной реальности.
Таким образом можно решить проблему быстрого перемещения самых квалифицированных сотрудников с одного объекта на другой и значительно сэкономить на командировках. Стоит также учесть, что рабочее время ваших дорогостоящих специалистов будет использоваться более эффективно — они станут проводить меньше часов в гостиницах и самолетах.
Обучение: реальные навыки можно получить в виртуальной среде
Идея использовать виртуальные миры для обучения людей реальным навыкам витала в воздухе с момента появления первых вычислительных машин. Еще в начале 1960-х годов известный польский писатель-фантаст Станислав Лем в книге «Сумма технологии» писал: «С помощью фантоматики можно создавать в высшей степени реалистичные учебные и тренировочные ситуации; следовательно, она может использоваться для обучения любых специалистов: врачей, летчиков, инженеров и т. д. При этом исключается опасность авиационной катастрофы, неудачной хирургической операции или аварии, вызванной неправильно рассчитанной конструкцией». Под фантоматикой он понимал некую технологию будущего, которая может создать полную иллюзию действительности, обмануть все органы чувств человека — примерно как в фильме «Матрица».
Современные технологии виртуальной реальности пока не дошли до такого уровня, но уже вполне способны заменить физические учебные комплексы во многих ситуациях. Сценарий обучения, в котором используется точная 3D-модель промышленного объекта, помогает бизнесу значительно сэкономить — и отнюдь не за счет снижения квалификации персонала.
Например, телекоммуникационным компаниям приходится постоянно организовывать обучение для новых специалистов по техническому обслуживанию. Обычно с этой целью используется физический полигон — где-то в чистом поле стоит базовая станция сотовой связи с полным комплектом оборудования, там же есть генератор, запасной аккумулятор, набор систем жизнеобеспечения и все остальное — как на действующем объекте. Будущих специалистов привозят на полигон, где они в течение нескольких дней проходят практику, отрабатывая свои навыки на реальном объекте.
Если сделать виртуальную модель этого комплекса, чтобы все оборудование можно было включать и выключать, разбирать и собирать отдельные узлы, выполнять регламентные работы, то обучать новичков можно средствами виртуальной реальности и при этом минимизировать расходы, связанные с выездом на полигон. К тому же пропускная способность виртуального учебного комплекса практически не ограничена, чего нельзя сказать о физическом объекте, где возможно одновременное обучение ограниченного числа сотрудников.
Кроме того, на виртуальной модели можно имитировать различные аварийные ситуации и отрабатывать действия по их ликвидации. Аналогичный подход используется в подготовке пилотов, только их учебная кабина все-таки реальна, ощущение полета создается за счет её вибрации и движений, а иллюминаторы заменены экранами. Например, для освоения A380 особый упор делается на тренажеры нового типа MFTD (Maintenance / Flight Training Devices). Это функциональный аналог пилотской кабины, построенный на жидкокристаллических интерактивных мониторах. Такая система значительно дешевле, чем полноценный летный тренажер, и в то же время позволяет доводить до автоматизма процедуры управления самолетом.
И чем точнее будет наша виртуальная модель, тем лучше. В идеале обучаемый человек вообще не должен отличить виртуальный мир от реального — вновь дадим слово Станиславу Лему: «Маскировка фантоматического спектакля позволит создать условия, когда испытуемый не будет знать, действительно ли он летит на Луну или это ему только кажется. Такая маскировка необходима, ведь нужно определить подлинные реакции человека в реальной аварийной обстановке, а не при ее имитации, когда каждому легко проявить "личное мужество"». Ну ладно, технически такой уровень подражания реальности пока недостижим, но все-таки отработка действий в нештатных ситуациях на виртуальной модели дает гораздо лучший эффект, чем заучивание инструкций. Лучше один раз увидеть и попробовать сделать самому, чем сто раз прочитать.
Есть и другой сценарий, когда при помощи виртуальной модели обучают рабочих операциям сборки на конвейере. Например, при сборке того же iPhone рабочему нужно из разных мест брать в правильном порядке нужные детали, размещать их на плате и припаивать, компоновать отдельные узлы и т. д. Обучение на реальном конвейере с реальными деталями обходится очень дорого — потому что все эти устройства фактически идут в брак. Цена ошибки в виртуальной реальности равна нулю, рабочий может довести свои действия почти до автоматизма, тренируясь на модели. То же самое применимо и к сборке автомобилей, бытовой техники и т. п.
В чем здесь ноу-хау?
Нетрудно догадаться, что основа взята из компьютерных игр: движок виртуальной реальности, сам процесс хождения и вся игровая механика, включая движения рук. Но на этом сходство с игрой фактически заканчивается и начинается оригинальная разработка компании Octopod из Санкт-Петербурга. Прежде всего нужно было состыковать виртуальную реальность с дополненной, эти две технологии кажутся похожими только на первый взгляд. Дополненная реальность — это когда пользователь видит настоящий объект и на это изображение накладывается дополнительная информация. В виртуальной реальности никакого физического мира не существует, пользователь находится в некоем созданном виртуальном пространстве.
В нашем случае виртуальная реальность в точности копирует физический объект, с которым взаимодействует реальность дополненная, поэтому можно их использовать совместно и обмениваться данными между ними — передавать координаты, изображения, актуализировать виртуальную модель по данным с объекта и т. д. Собственно в этом и заключается наше ноу-хау.
Например, в одном из кейсов, когда оператор в виртуальной реальности переключает тумблеры на пульте управления радаром, — на физическом объекте что-то включается или выключается, эти изменения отражаются на приборах и транслируются в виртуальную модель: оператор смотрит на приборную панель и видит показания реальных датчиков.
Система может работать в двух основных режимах — обучения и телеприсутствия. Они различаются тем, что в режиме обучения контур связи виртуальной и дополненной реальности разомкнут и никакие действия оператора не имеют физических последствий, а в режиме телеприсутствия из виртуальной реальности можно удаленно управлять реальным объектом.
