Navidezna resničnost in 3D-skeniranje: digitalno načrtovana proizvodnja Audija e-tron GT

Audi e-tron GT je prvi model znamke Audi, pri katerem za načrtovanje proizvodnje nismo izdelali fizičnih prototipov. S pomočjo 3D-skeniranja smo ustvarili virtualno različico proizvodnega obrata, v katerem smo preizkusili in optimizirali posamezne korake proizvodnega procesa.

15.02.2021 Avtor: Audi Team  Fotografije: Arhiv Audi

Moški z VR očali

Načrtovanje proizvodnje Audija e-tron GT je potekalo popolnoma brez fizičnih prototipov. To so omogočile številne tehnične inovacije, kot so 3D-posnetki zgradb, procesi strojnega učenja in uporaba navidezne resničnosti. Vse montažne postopke, na primer zaporedja korakov in posamezne naloge zaposlenih, smo preizkusili in optimizirali v virtualnih prostorih, ki so identični resničnim prostorom. Takšno virtualno načrtovanje so medtem začeli uporabljati tudi v drugih tovarnah, ker omogoča – pa ne samo v času pandemije koronavirusa – digitalno, povezano delo brez službenih poti, doma ali v tujino. 3D-posnetki in načrtovanje v virtualnem prostoru skrbijo za učinkovitejše in bolj trajnostne procese.

 

Kje se uporablja virtualno načrtovanje in zakaj so 3D-posnetki pri tem tako pomembni?

 

Pri običajnem postopku proizvodnje novega modela znamke Audi se v zgodnji fazi načrtovanja uporabljajo različni prototipi, vzorčni modeli vozil z ročno izdelanimi komponentami, ki ne vzamejo le veliko časa, temveč predstavljajo tudi precejšen strošek. Pristojni za načrtovanje montaže s pomočjo prototipov opredelijo in optimizirajo poznejše proizvodne procese. Katere naloge ima delavec? Kje mora biti komponenta, da je zanj optimalno dosegljiva? Ali jo lahko drži in vgradi sam? Kako se mora pri tem premikati? So mu v napoto druge komponente? Katero orodje potrebuje?

Video title

“quote”

Virtualni prostor

Pri načrtovanju proizvodnje Audija e-tron GT je bilo iskanje in podajanje odgovorov na ta vprašanja preneseno v digitalni svet. Z navidezno resničnostjo smo vsak korak in vsako dejanje preizkusili v digitalnem prostoru. Cilj virtualnega načrtovanja je, da pri poznejši proizvodnji avtomobila vsi procesi in delovni intervali vzdolž linije potekajo popolnoma usklajeno. To pomeni, da morajo biti prav vse okoliščine v proizvodni hali natančno in v pravem merilu preslikane v virtualni prostor. Tu nastopi 3D-skeniranje. Kombinacija strojne in programske opreme ustvari virtualno podobo resničnih proizvodnih obratov, vključno z napravami, orodjem in regali.

Audijev obrat Böllinger Höfe v Neckarsulmu, kjer izdelujejo Audi e-tron GT, je tako zdaj na voljo tudi v digitalnem svetu. Zahvaljujoč novim, digitalnim metodam načrtovanja lahko na osnovi tega modela proizvodnjo virtualno načrtujemo za več let vnaprej.

small text

heading

text

button

Kako deluje 3D-skeniranje in kakšno vlogo pri tem igra umetna inteligenca?

 

Osnova za pridobivanje ustreznih podatkov je skener (strojna oprema). V višino meri približno dva metra in stoji na štirih kolesih, s pomočjo katerih ga lahko zaposleni premikajo po prostorih. Na zgornjem koncu so vgrajeni LiDAR (Light Detection and Ranging, oprema za zaznavanje in določevanje svetlobe), še trije laserski skenerji in ena kamera. Pri skeniranju prostora hkrati potekata dva postopka: širokokotna kamera zajame sliko prostora, medtem ko laserji prostor natančno izmerijo in ustvarijo tridimenzionalni oblak točk okolice. S to tehniko je bilo samo v tovarni v Neckarsulmu posnetih že 250.000 kvadratnih metrov proizvodnih hal.

Vendar pa šele kombinacija programske in strojne opreme iz ustvarjenih točk, slik in kompleksnih podatkovnih nizov ustvari celovito sliko, ki jo je mogoče uporabljati z obstoječimi načrtovalnimi sistemi. Programsko opremo za to smo razvili pri Audiju, temelji pa na umetni inteligenci in strojnem učenju. S kombiniranjem oblaka točk in posnetih fotografij nastane tridimenzionalen, fotorealističen prostor, podoben kot pri storitvi Google Street View. Sorazmerja in velikosti so v pravem merilu in se ujemajo z resničnim svetom. Programska oprema avtomatsko prepozna posamezne predmete v prostoru, kot so stroji, regali in naprave.

Poleg tega se sistem z vsakim skeniranjem avtomatsko uči in lahko še natančneje prepoznava, razlikuje in klasificira predmete. Razlikovati zna na primer med regalom in jeklenim nosilcem – mesto postavitve regala je mogoče pozneje v programu spremeniti in ga v virtualnem prostoru drugače obrniti, kar pri jeklenem nosilcu ni možno. Ti podatki omogočajo virtualni obhod skenirane proizvodne hale s katerekoli izhodiščne točke in jih je mogoče uporabiti neposredno v postopku načrtovanja.

2021-02-audi-virtual-reality-04

 

Kje se virtualno načrtovanje z navidezno resničnostjo že uporablja in kakšne so prednosti?

 

Audi e-tron GT je prvo vozilo znamke Audi, pri katerem smo posamezne korake montažnega in logističnega procesa preizkusili izključno virtualno in brez fizičnih prototipov.

V ta namen se pripravi tako imenovani digitalni model: celoviti, virtualni model načrtovane montaže s podatki o vozilu, uporabljenimi surovinami, napravami, orodjem in načrtovanimi procesi. Sestavni del tega je 3D-skeniranje. Po besedah Andrésa Kohlerja, pristojnega za virtualno načrtovanje montaže pri znamki Audi, je digitalni model osnova za nadaljnje inovacije. »Zaradi digitalnega modela in rešitve z navidezno resničnostjo, ki smo jo razvili pri Audiju, se kolegi z vsega sveta zdaj lahko srečujejo v virtualnih prostorih – proizvodnih obratih prihodnosti. Računalniško ustvarjene delavce lahko spremljajo pri opravljanju načrtovanih delovnih procesov ter v naši aplikaciji sami doživijo in optimizirajo načrtovane procese za poljubne različice komponent.«

Rezultate nato lahko uporabimo tudi pri usposabljanju zaposlenih, prav tako z uporabo virtualne resničnosti. Te nove možnosti zdaj vpeljujemo v vse več projektov in v druge tovarne. V Audijevi tovarni v mestu San José Chiapa v Mehiki je potekala 3P delavnica (Production Preparation Process, proces priprave proizvodnje), na kateri so sodelovali tudi projektni sodelavci iz Ingolstadta. Popolnoma virtualno – kot digitalni avatarji – so strokovnjaki z navidezno resničnostjo razpravljali in načrtovali prenovo Audija Q5 in novega Audija Q5 Sportback.

Skupaj so tako v realnem času določili in preizkusili vse korake montaže, denimo natančno razporeditev strojev, regalov in komponent vzdolž montažne linije, pa tudi ergonomske vidike. Audi je pri razvoju obširne rešitve z navidezno resničnostjo in digitalnega modela vodilna znamka koncerna. Pod vodstvom Audija sedaj s projektom nadaljujejo pri vseh znamkah koncerna in ga vpeljujejo v vedno več tovarn.

small text

heading

text

button

“Quote”

 

 

 

Video title

Več kot zgradbe in procesi: kako deluje virtualno načrtovanje zabojnikov?


Virtualno načrtovanje ni omejeno samo na procese in delovne postopke – virtualno je mogoče načrtovati tudi predmete, kot so na primer zabojniki za transport in hrambo občutljivih komponent. Namesto z več realnimi prototipi iz jekla in železa so bili ti za posamezne, še posebej občutljive komponente Audija e-tron GT (na primer električne module ali notranje dele) načrtovani v aplikaciji za navidezno resničnost, ki so jo razvili v Audijevi tovarni. Kako poteka virtualno načrtovanje zabojnikov? Ker so za vse komponente podatki znani, jih je mogoče neposredno in v realnem merilu naložiti v aplikacijo za navidezno resničnost. Tako kot pri 3P delavnicah se več zaposlenih iz različnih tovarn lahko sreča v virtualnem prostoru, kjer na podlagi komponente preverijo optimalno, po meri oblikovano transportno enoto. Pri tem procesu sodelujejo zaposleni s področja logistike, načrtovanja montaže, varnosti in zdravja pri delu, zagotavljanja kakovosti, načrtovanja pretoka surovin ter dobavitelji. Z digitalnimi pisali lahko na virtualnem zabojniku označijo spremembe. Pri tem zabojnik natovarjajo in raztovarjajo, ga premikajo ali merijo.

Pri načrtovanju je pomembno doseči optimalno varnost pri transportu komponente, pa tudi to, da delavci ali robot lahko komponento zlahka primejo in vzamejo iz transportne enote. Ko je virtualno načrtovanje zaključeno, se podatki enostavno izvozijo in izdela se posebni zabojnik.

 

Katere perspektive za prihodnost prinaša virtualno načrtovanje?

Digitalni model predstavlja osnovo za nadaljnje možnosti v virtualnem prostoru. Če združimo možnosti virtualnega načrtovanja z digitalnim modelom, 3D-skeniranjem in aplikacijo za navidezno resničnost, bi lahko 3P delavnice v prihodnje potekale tudi v mešani resničnosti. V tem primeru bi posamezne komponente izdelali neposredno prek 3D-tiskalnika z manj uporabljenimi viri. Tako je mogoče posamezne elemente v virtualnem prostoru tudi fizično preizkusiti, npr. za oceno občutka na otip ali mase komponente. To je pomemben korak za združevanje prednosti obeh svetov. Delo v tujini in daljše službene poti bi v prihodnosti lahko pogosteje zamenjala virtualna srečanja in sodelovanje prek avatarjev v virtualnem svetu. Že danes obstaja možnost, da prostore, ki jih ustvari 3D-skener, uporabimo za digitalno navigacijo v notranjosti. Z obogateno resničnostjo pa je pri tem mogoče na centimeter natančno načrtovati postavitev ljudi in naprav v prostoru.

Audi e-tron GT v ozadju vetrnice

Zakaj je virtualno načrtovanje tako trajnostno in ekološko?

Manj je včasih več. Virtualno načrtovanje je še posebej trajnostno zaradi treh točk:

  • Manjša poraba virov: z virtualnim načrtovanjem Audija e-tron GT brez fizičnih prototipov smo prihranili veliko časa, pa tudi surovin in virov. Podobno je tudi pri posebnih transportnih enotah, torej pri virtualnem načrtovanju zabojnikov: za izdelavo prototipov iz jekla in železa so potrebni viri in energija. Pri virtualnem načrtovanju je ta korak v veliko primerih odveč.
  • Manj odpadkov: namesto v posebnih zabojnikih so občutljive komponente pogosto transportirali v univerzalnih zabojnikih, ki so jih opremili s posebej izdelano zaščitno oblogo. Ta zaščitna obloga je vedno samo za enkratno uporabo, zaradi uporabe po meri narejenih zabojnikov pa ni več potrebna. Z virtualnim načrtovanjem se torej neposredno zmanjša tudi količina odpadkov.
  • Manj službenih potovanj: trajnost in varovanje okolja sta naš primarni cilj. V času pandemije koronavirusa pa je bilo treba zmanjšati število službenih potovanj tudi iz zdravstvenih razlogov. Pri tem veliko pomaga virtualno načrtovanje. Procesi, pri katerih je bilo do sedaj nujno fizično srečanje, lahko sedaj potekajo v virtualnem prostoru.

 

 

 

Video title

Audi e-tron GT
Audi e-tron GT

Audi e-tron GT

Skrbno dodelane podrobnosti, izjemna natančnost in vrhunska kakovost: novi Audi e-tron GT predstavlja strast, s katero pri Audiju razvijamo in izdelujemo avtomobile.

Preberite več
2020-01-AudiLab_newsletter_01
2020-01-AudiLab_newsletter_01

Novičnik

AudiLab Slovenija

Enkrat mesečno iz naše online revije AudiLab Slovenija pripravljamo izbor zanimivih člankov o inovacijah, e-mobilnosti, trajnostnem razvoju, doživetjih, življenjskem slogu, Audi športu in posebnih ponudbah iz našega prodajnega programa. Naročite ga v svoj e-nabiralnik.

Naročam novičnik