Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Imerzní virtuální realita pro simulaci a výcvik operátorů

Průmyslové podniky se v posledních zhruba pěti letech setkávají s nástupem nové generace pracovníků, jimž je počítačová technika důvěrně blízká a kteří vyrostli na počítačových hrách. Současně se musí vyrovnat se třemi problémy: jak uchovat znalosti a zkušenosti starších techniků, jak je rychle a efektivně předat mladším pracovníkům a jak průběžně udržovat a zlepšovat schopnosti provozních pracovníků reagovat na běžné i mimořádné události. V průmyslových oborech, jako jsou petrochemie, chemický průmysl nebo energetika, je třeba velmi cenné znalosti a zkušenosti pracovníků, získané léty praxe, vhodně a účelně institucionalizovat. Tyto potřeby mají velký vliv na to, jak vypadá školení a výcvik operátorů a ostatních provozních pracovníků. Stejně podstatný vliv na školení a výcvik má rozvoj výpočetní techniky a informatiky. Jak rychle nová technika proniká do vzdělávacího procesu, je zřejmé z toho, jak bleskově se do této oblasti rozšířilo využívání internetu. Lze předpokládat, že s virtuální realitou to bude podobné.

V posledních několika letech je možné pozorovat velkou změnu efektivity a kvality vzdělávacích a výcvikových procesů v průmyslových podnicích a školicích institucích. Školení se koná častěji, roste počet konzultací, je využíváno intelektuální vlastnictví firmy a patenty a na podnikových odborných konferencích přednášejí starší, zkušení pracovníci. V kritických oblastech, jako jsou bezpečnostní systémy, systémy pro ochranu pracovního a životního prostředí nebo systémy pro zlepšení spolehlivosti výrobních procesů, zkracují dobu k dosažení potřebné úrovně znalostí a dovedností modely využívající virtuální realitu (VR). Zájem příslušníků mladé generace o počítačovou techniku a jejich zkušenosti s virtuální realitou výrazně zefektivňují vzdělávací proces zvláště těchto pracovníků.

V současné době, s rozvojem hardwaru i softwaru, je virtuální realita pokládána za nejlepší prostředek ke zlepšení multimediálního vzdělávání v oblasti konstrukce provozních zařízení, jejich údržby a bezpečnosti. Zvláště v posledních dvou letech roste potenciál vy­užití virtuální reality ve vzdělávání, při školení a výcviku pracovníků. Velmi důležitý je především cenově přijatelný přístup k hardwaru a softwaru pro špičkové počítačové simulace. Kapacita systémů založených na virtuální rea­litě je velká a náklady na potřebný hardware a software klesají. To zrychluje využití virtuální reality v praxi. Není obtížné předpovědět, že virtuální realita bude mít v brzké budoucnosti při vzdělávání a výcviku operátorů a dalších pracovníků v procesní výrobě zásadní význam, protože dá školitelům do rukou silný nástroj pro efektivní zlepšování dovedností školených pracovníků. Přesný způsob, jak virtuální realitu využít ke vzdělávání a výcviku pracovníků, je dán podstatou školicího programu. K dispozici je široké spektrum technických koncepcí virtuální reality a je velmi důležité poznat, kdy a jak je využívat k vytvoření účinného vzdělávacího média.

Na základě zmíněných skutečností byla na trh uvedena nová generace trojrozměrného interaktivního rozhraní HMI (Human-Machine Interface) EYESIM™, jež se může stát základem pro koncepční změnu způsobu, jímž provozní inženýři a technici obsluhy ovládají svá výrobní zařízení (obr. 1). EYESIM má množství různorodých multimediálních prostředků z kategorie tzv. imerzní virtuální reality, které podporují konstruování zařízení, výcvik obsluhy, údržbu a zajištění bezpečnosti v procesní výrobě, přičemž jsou provázány s výkonnými aplikacemi a nástroji pro dynamickou simulaci ve virtuální realitě.

Výkonné nástroje pro školení a výcvik

V současné době se imerzní virtuální realita používá pro školení a výcvik v mnoha oborech procesní výroby a nabízí možnost vystavit obsluhu simulovaným rizikovým situacím bezpečným, vysoce věrným a interaktivním způsobem (obr. 3). Je možné vytvořit přesně přizpůsobené simulace činnosti chemických zařízení, řízení dynamických výrobních procesů a začlenit je do komplexního virtuálního prostředí. Uživatel se tak může pohybovat ve virtuálním závodě, rozhodovat o řídicích zásazích a v celku se seznámit s probíhajícími výrobními procesy. Školená osoba okamžitě vidí důsledky správných a chybných rozhodnutí a může se učit ze svých omylů. Interakce se světem virtuální reality mohou uživatelé provádět pomocí různých hardwarových prostředků, jako jsou joysticky nebo datové rukavice (obr. 2).
Speciální optická a zvuková zařízení, jako např. náhlavní displeje, brýle pro stereoskopické zobrazení a reproduktorové soustavy pro prostorový zvuk, poskytují uživateli ještě dokonalejší dojem pobytu ve virtuálním světě.

Konečným cílem je vývoj nových metod pro školení a výcvik, které povedou k dalšímu zvýšení efektivity vzdělávacího procesu a provozním pracovníkům rychle poskytnou potřebné dovednosti. Tento proces zahrnuje vývoj mnoha výcvikových scénářů určených pro procesní výrobu. Virtuální realita pomáhá lépe pochopit výrobní procesy, zvyšuje pohotovost zařízení, napomáhá lépe rozeznat nebezpečné situace a zvládnout bezpečnostní procedury, zlepšuje kvalitu výroby a zmenšuje počet nehod.

Široké spektrum úkolů pro vývojáře systémů imerzní virtuální reality lze rozdělit takto:

  • rozšíření obecné využitelnosti virtuální rea­lity pro školení a výcvik v procesním průmyslu,
  • vytvoření velkého množství druhů virtuálních prostředí chemických závodů, v nichž mohou být školené osoby trénovány podle nejrůznějších scénářů,
  • identifikace klíčových komponent a charakteristik chemických procesů – intuitivní metody výuky implementované do virtuálního světa pro odpovídající realismus a přijetí výuky,
  • sledování nejnovějších trendů psychologie inženýrské práce (HFE – Human Factor Engineering) s důrazem na nácvik komunikace a týmové práce.

Technické přínosy

Prostorové zobrazení, imerzní virtuální realita a tzv. rozšířená realita (augmented reality; obr. 4) mohou výrazně zlepšit proces návrhu zařízení, šetřit čas obsluhy a náklady na údržbu a jsou novým, účinným způsobem výcviku provozních techniků a obsluhy. Toto jsou nejvýznamnější přínosy imerzní virtuální reality:

  • poskytuje realističtější prostředí pro školení a výcvik pracovníků,
  • dává možnost praktického nácviku zvolených postupů,
  • učí rychle a správně reagovat ve stresových situacích,
  • zlepšuje dovednosti ve zřídka se vyskytujících, ale bezpečnostně kritických situacích,
  • optimalizuje přenos znalostí z teorie do praxe,
  • umožňuje spolehlivý návrh provozních procedur a postupů,
  • je nástrojem pro nácvik týmové spolupráce a komunikace ve velínech, v provozu, mezi pracovníky jedné směny, mezi provozními a bezpečnostními techniky.

Připojí-li se prostorové modely na databáze aktuálních hodnot, mohou se uživatelé pohybovat ve virtuálním světě; dokonce se zde mohou pracovníci, kteří jsou v reálném světě na různých místech, setkávat v jednom virtuálním provozu. Tím se šetří cestovní náklady i čas. Vytvářeny jsou programy pro výcvik pracovních týmů a komunikace mezi pracovníky.

Imerzní virtuální realita v procesním průmyslu vnáší do výsledků simulace nový stupeň reality. Simulátory využívající imerzní virtuální realitu rozšiřují možnosti školení a výcviku operátorů ve velínu i v provozu a umožňují školit celé týmy. Lépe vyškolení operátoři dokážou lépe ovládat výrobní procesy, regulovat je blíže k optimálním podmínkám a minimalizovat dopad nehod nebo se jim zcela vyhnout.

Maurizio Rovaglio, Invensys Operation Management

Obr. 1. Síťový diagram výcvikového pracoviště s využitím virtuální reality

Obr. 2. Frekventant výcviku s joysticky a náhlavní soupravou

Obr. 3. Výcvik reakce obsluhy na požár simulovaný ve virtuální realitě je zcela bezpečný

Obr. 4. Pohyb obsluhy ve virtuálním modelu chemického provozu s rozšířenou realitou

 Imerzní virtuální realita – virtuální rea­lita, která umožňuje divákovi opustit místo pozorovatele a „ponořit se“ prostřednictvím všech smyslů do virtuálního světa; nejčastěji využívá zrakové, sluchové a hmatové vjemy, popř. doplněné např. o otřesy a vibrace.

Rozšířená realita – systém, který umožňuje pracovníkům v provozu např. prostřednictvím náhlavní soupravy získávat pohledem na určité součásti výrobního zařízení doplňující informace (aktuální měřená hodnota snímače, nastavená hodnota regulátoru, pokyny pro obsluhu apod.).

Internetová verze článku v archivu na www.automa.cz bude doplněna ilustračním videosouborem. Více informací lze nalézt na adrese http://iom.invensys.cz.