Rozszerzona rzeczywistość

Efektywniejsza praca dzięki wykorzystaniu smartfonów i okularów wirtualnej rzeczywistości
Wizualizacja w czasie rzeczywistym spowoduje, że diagnostykę i naprawy będzie można przeprowadzać w sposób bardziej przemyślany i efektywniejszy niż dotąd.

Przymknijmy oczy. Wyobraźmy sobie przyszłość. Pracownik zakładowego serwisu musi udać się do komponentu wymagającego serwisu, np. zaworu lub przekaźnika. Jest tam precyzyjnie doprowadzany przez smartfon lub okulary wirtualnej rzeczywistości. Od razu zapoznaje się z historią czynności konserwacyjnych danego elementu i przeprowadza test diagnostyczny. Wykorzystując technikę komunikacji i gromadzenia danych w tzw. chmurze, uzyskuje dostęp do specyfikacji urządzenia, jego książki obsługi lub kontaktuje się z pomocą techniczną dostawcy. A to wszystko, mając cały czas wolne ręce i bez konieczności ciągłego wracania do dyspozytorni lub pomieszczenia kontrolnego! Dzięki wizualizacji w miejscu zdarzenia czynności obsługowe mogą zostać przeprowadzone szybciej, a na pewno przed wystąpieniem poważnej awarii.
Takie zastosowanie technologii rozszerzonej rzeczywistości wydawać się może wciąż niczym fragment filmu science fiction, ale chodzi o naprawdę bardzo bliski czas – tego rodzaju inteligentne aplikacje są już opracowywane, rozwijane i testowane.
Praca nad nimi jest uzasadniona, ponieważ konserwacja rozbudowanych i skomplikowanych instalacji przemysłowych stała się zniechęcająco czasochłonna i obarczona ryzykiem błędów oraz wysokich kosztów. W zakładzie produkcyjnym lub przetwórczym zapewnienie wydajnego funkcjonowaniamaszyn oraz ograniczenie awarii i przestojów ma zawsze znaczenie krytyczne z punktu widzenia rentowności przedsiębiorstwa. A najważniejsze jest zadbanie o bezpieczeństwo pracy. W zakładach przemysłowych o skomplikowanej infrastrukturze istnieją tysiące aktywnych punktów – modułów i urządzeń, wymagających czynności obsługowych, takich jak chociażby zawory, które wpływają zarówno na wydajność procesu, jak i na jego bezpieczeństwo. Jest też wiele urządzeń, które trzeba okresowo sprawdzać pod kątem mechanicznym, by zapobiegać awariom.
Dlatego każde nowe narzędzie, które może poprawić efektywność czynności obsługowych przy jednoczesnym obniżeniu kosztów, staje się uzasadnione i pożądane. By osiągnąć wysoką niezawodność urządzeń, konieczne jest wczesne wykrywanie błędów, trzymanie się harmonogramu konserwacji oraz usuwanie usterek, nim zaczną one mieć wpływ na produkcję. Dostęp do informacji powinien być łatwy i intuicyjny, dzięki czemu decyzje i działania będą podejmowane szybciej i bardziej świadomie, co z kolei zredukuje koszty.
Fuzja technologii i potrzeb
Aby monitoring parametrów pracy urządzeń procesowych i sterujących był bardziej kompleksowy, a jednocześnie tańszy i mniej czasochłonny niż dziś, opracowywane są nowe rozwiązania mobilne i aplikacje. Bazują one na popularnych smartfonach, dzięki czemu pracownik czy operator otrzymuje przenośny interfejs użytkownika, wykorzystujący komunikację bezprzewodową oraz technologię przetwarzania danych w chmurze. Oprócz interfejsów opartych na smartfonach rozwijane są też rozwiązania wykorzystujące okulary wirtualnej rzeczywistości.
Warto zauważyć, że to nowe podejście do kwestii konserwacji stanowi w zasadzie fuzję różnych dostępnych obecnie technologii – może prowadzić do unifikacji czynności obsługowych sprzętu mechanicznego i urządzeń sterujących, które do tej pory były rozdzielone. Skutkiem będą poprawa efektywności i obniżenie kosztów.
Niższy jednostkowy koszt konserwacji

W wielu publikacjach naukowych i branżowych specjaliści przekonują, jak wielki potencjał tkwi w łączności urządzeń peryferyjnych, szczególnie tych monitorujących parametry środowiska czy procesu. Można nawet zaryzykować stwierdzenie, że właśnie na tym będzie się koncentrował przyszły rozwój łączności bezprzewodowej. Najważniejsze cechy takiej aparatury monitorującej to: niski koszt, małe zużycie energii, niewielkie wymiary oraz duża niezawodność w środowisku przemysłowym. Konieczna jest również możliwość łączenia się z różnymi prostymi w obsłudze interfejsami, takimi jak smartfony, tablety, czy też z okularami 3D. Dzięki temu w ciągu dnia będzie można „zaliczyć” więcej punktów obsługowych, a same czynności serwisowe staną się efektywniejsze.
Nowo opracowywane aplikacje robią świetny użytek z wielu nowych technologii i standardów, takich jak nawigacja magnetyczna, mikrourządzenia elektromechaniczne MEMS, komunikacja Bluetooth czy technologie gromadzenia i przetwarzania danych w chmurze. Nowe przenośne interfejsy użytkownika zwiększają zasięg systemów przewodowych (na które najczęściej składa się kilkaset punktów monitorujących) – przez możliwość dodania kolejnych punktów pomiarowych oraz zwiększenie liczby punktów dostępowych. Przykładowo, bezprzewodowy czujnik można umieścić w jednym miejscu na czas czynności serwisowych, a po ich zakończeniu przenieść go w inne miejsce.
Koncepcja wykorzystująca smartfon jako interfejs jest łatwo zrozumiała i intuicyjna. Technik dostaje dzienny grafik generowany przez system CMMS. Smartfon prowadzi następnie pracownika po zakładzie, do kolejnych punktów obsługowych. Dodatkowo można uzyskać bezpośredni dostęp do pomiarów z czujników dzięki łączności Bluetooth. Przy pomocy tego standardu czujniki wysyłają informacje do chmury przez bramkę sieci WLAN. Na smartfonie technik może sprawdzić ważne wiadomości – np. o niskim poziomie baterii czy konieczności kalibracji, zanim zostaną one zapisane w chmurze. Takie działania jak wysyłanie wiadomości do systemu zarządzającego (np. SAP) wykorzystują protokół SOAP.
Stosowanie uniwersalnych standardów
By skutecznie współpracować z popularnymi w przemyśle sieciowymi, rozproszonymi systemami sterowania (Distributed Control System – DCS) oraz urządzeniami wykorzystującymi różne standardy komunikacyjne, aplikacje akwizycji i przetwarzania danych wymagają uniwersalnego interfejsu. Obecnie mobilne aplikacje utrzymania ruchu są rozwijane w oparciu o standardowy protokół OPC UA. Może on być zbudowany z podsystemów wykorzystujących swoje własne serwery OPC UA, dzięki czemu informacje mogą być agregowane na wyższym poziomie. Standard OPC UA współpracuje z różnymi systemami operacyjnymi, takimi jak Windows, Linux czy nawet Android. Taka architektura zapewnia bezpieczną pracę z informacjami dostarczanymi przez czujniki i urządzenia, które pracują z różnymi topologiami sieci.
Do transferu informacji z czujników można wykorzystać wiele różnych protokołów. Ich wybór jest warunkowany przez dostępne zasilanie, zasięg oraz zagęszczenie sensorów na danym obszarze. Popularny obecnie Bluetooth nie dość, że zużywa mało energii, to jeszcze pozwala wykorzystywać smartfon bezpośrednio jako punkt dostępowy. Inne protokoły, które umożliwiają podłączenie dużej liczby czujników, to 6LoW-PAN (<1000) oraz Zigbee (<500).
<—newpage—>Terminal dostępowy w kieszeni – albo przed oczami
Telefon lub okulary 3D są w stanie pokazywać trendy z pomiarów parametrów pracy z przenośnych czujników, czasowo zainstalowanych na obudowach pomp, napędów, łożysk czy innych komponentów. Przenośne sensory to stosunkowo tani sposób zwiększenia możliwości monitoringu na terenie zakładu. Dzięki nim monitoring czy wykrywanie błędów da się przeprowadzić według aktualnej potrzeby, bez konieczności udania się do komputera-terminala – wszystkie informacje oraz środki łączności technik ma teraz w kieszeni lub przed oczami.
Informacje z czujników są analizowane w chmurze, z wykorzystaniem zaawansowanych narzędzi matematycznych, takich jak np. analiza spektralna. W ten sposób określana jest kondycja urządzeń oraz identyfikowane są ewentualne defekty. Jeśli wskazania sensorów odbiegają od normy lub zbliża się termin przeglądu, generowane są zlecenia dla serwisu. Dane z takiej analizy są archiwizowane w chmurze, co pozwala na dalsze śledzenie problemu lub ustalenie trendu. Gdy pracownik zakończy czynności obsługowe, potwierdza to zbliżeniowo za pomocą smartfona, wykorzystując łączność NFC lub poprzez skanowanie kodu QR. Informacja o serwisie jest zapisywana w chmurze opcjonalnie z dokumentacją zdjęciową. Od razu można też wygenerować powiadomienie o następnym zaplanowanym przeglądzie.
Nawigacja magnetyczna
Ciekawą kwestią jest to, jak smartfonlub inne urządzenie mobilne orientuje się w labiryncie zakładu produkcyjnego i prowadzi technika do celu. System GPS nie działa przecież skutecznie w pomieszczeniach. Odpowiedzią mogą być nowe technologie nawigacji we wnętrzach budynków – tzw. mikrolokalizacji. Przykładowo, rozwiązanie wykorzystane w aplikacji prezentowanej na zdjęciu 3 bazuje na czytaniu znaków magnetycznych, unikalnych dla danego budynku. Smartfon wyposaża się w magnetometr. Podstawy są podobne do fenomenu występującego w naturze – żółwie i homary używają właśnie nawigacji magnetycznej do orientowania się w oceanie. Magnetyczne oznakowanie wnętrza fabryki umożliwia całkiem precyzyjną lokalizację punktów obsługowych. W efekcie eliminuje się marnowanie czasu na prowadzenie długich poszukiwań. Jest to szczególnie cenna pomoc dla nowych pracowników oraz zewnętrznych serwisantów, nieznających dobrze rozkładu urządzeń w zakładzie.
Inteligentne czujniki połączone z chmurą
Krok milowy w dziedzinie utrzymania ruchu stanowią też przenośne, zużywające mało energii czujniki. Bazują one na rozwijającej się technologii urządzeń MEMS. Sensor MEMS analizuje fale akustyczne generowane w materiale podczas dystrybucji naprężeń związanych z wibracjami. Tradycyjny monitoring w takim przypadku składa się z pomiaru wibracji i temperatury. Teraz rozszerza się go o akustyczną detekcję nieszczelności, pomiary światła, wilgotności, ciśnienia, pola magnetycznego i przyspieszeń (żyroskop). Wszystkie te funkcje da się aktywować lub dezaktywować według potrzeb. Zużycie energii takiego czujnika jest bardzo niskie, więc bateria potrafi działać nawet rok, a urządzenie samo poinformuje nas o konieczności jej wymiany. Do komunikacji z sensorem wykorzystuje się technologię Bluetooth.
Sygnał z czujników wędruje do serwerów w chmurze, gdzie jest analizowany przy użyciu różnych technik, np. analizy obwiedni sygnału. Dzięki tej analizie sygnał jest zmieniany w użyteczne informacje. Jako przykład wykorzystania możliwości technologii cloud computing warto podać procedury stosowane przez zespół Lotusa z Formuły 1. Poprzez chmurę Microsoftu analizuje on dane z dwustu bezprzewodowych czujników zamontowanych w swoich bolidach. Celem jest dokonywanie szybkich i właściwych zmian w konfiguracji pojazdu, by dzięki temu uzyskać przewagę nad konkurentami i wygrywać kolejne wyścigi.
Tego rodzaju skalowalna i stosunkowo tania aplikacja znacząco rozszerza zakres możliwości działu utrzymania ruchu o czynności, które z powodu wysokich kosztów wcześniej były poza jego zasięgiem. Usprawnia zarządzanie czynnościami serwisowymi dzięki lepszemu kierowaniu personelem i znacznie większej wiedzy o kondycji urządzeń. Pozwala także zarządzającym oraz końcowym użytkownikom integrować dane w czasie rzeczywistym z historią danego urządzenia, co przekłada się na efektywniejsze planowanie czynności obsługowych, które owocuje większą wydajnością zakładu i jednoczesną redukcją kosztów.
Autor: Mika Karaila jest dyrektorem ds. programów badawczych w firmie Metso Automation.
Tekst pochodzi z nr 6/2016 magazynu "Control Engineering". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.