Por qué la realidad aumentada se ha convertido en sólida herramienta de manufactura

Hacer aparecer monstruos en juegos como Pokémon Go no es la única aplicación de realidad aumentada. La industria la está usando, aprovechando datos CAD para capacitar trabajadores, estandarizar los flujos de trabajo y facilitar la colaboración.

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Por James R. Koelsch

La realidad aumentada (AR) no se trata solo de diversión y juegos. “También tiene una variedad de usos en la automatización industrial”, señala Eran Nadel, director de proyectos de innovación y gerente de desarrollo rápido para ingeniería de fabricación en Siemens Digital Industries Software. Debería saberlo porque él y sus colegas forman parte del selecto grupo de ingenieros que han estado desarrollando tecnología AR para su uso en la manufactura. Estos ingenieros han estado superponiendo elementos virtuales construidos a partir de CAD y otros datos en vistas de objetos reales representados en dispositivos móviles, computadoras de escritorio, lentes inteligentes y auriculares. Es esta superposición de lo virtual sobre lo real lo que diferencia a la RA de la realidad virtual (RV), que sumerge a los usuarios en un escenario completamente virtual construido únicamente a partir de elementos digitales.

Nadel informa que el enfoque en Siemens se ha centrado principalmente en el uso de AR para respaldar varios tipos de actividades centradas en el ser humano. Un ejemplo es una aplicación de mantenimiento en la que el producto AssistAR de Siemens guía a los técnicos a través del mantenimiento de rutina de una caja de cambios. El proceso comienza después de que el técnico usa una cámara infrarroja LiDAR para generar la imagen del mundo real de la caja de cambios y establecer su orientación en el espacio. Luego, AssistAR proporciona instrucciones paso a paso resaltando elementos, como tornillos y placas frontales, en una pantalla de computadora convencional en el orden correcto en el flujo de trabajo. También anima los elementos para mostrar cómo se eliminan, reemplazan o vuelven a ensamblar.

En su forma más simple, la AR se usa para identificar un componente, máquina o área de una fábrica y brindarle al usuario información contextual al respecto. “Esta información puede ser cualquier cosa, desde documentos, imágenes y videos hasta datos de IIoT [Internet industrial de las cosas]”, dice Peter Richmond, gerente de cartera de visualización XR y 3D en Aveva. Las aplicaciones más avanzadas incluyen 3D, modelos en tiempo real, animaciones holográficas paso a paso de una tarea y colaboración remota de múltiples usuarios.

Cuatro usos industriales

Plantweb Optics AR proporciona a los técnicos de campo datos relevantes de IIoT y conocimiento de la situación para localizar activos rápidamente.Plantweb Optics AR proporciona a los técnicos de campo datos relevantes de IIoT y conocimiento de la situación para localizar activos rápidamente.Fuente: Emerson Automation SolutionsLa industria está implementando AR de al menos cuatro formas. El primero es capacitar a los nuevos trabajadores o incluso guiar a los trabajadores más experimentados a través de varios flujos de trabajo, como realizar un mantenimiento de rutina en la caja de cambios. “La RA ayuda a los usuarios a lograr una mejora de las habilidades más rápida y crea trabajadores más seguros al estandarizar la ejecución de procedimientos y brindar capacitación en el campo”, dice Vineesh Kapoor, director de administración de productos en Emerson Automation Solutions.

La segunda forma en que la industria está utilizando AR es la identificación de activos. “La realidad aumentada puede ayudar a los operadores y técnicos a encontrar activos rápida y fácilmente, una tarea difícil cuando deben identificar un dispositivo entre cientos o miles”, señala Kapoor. Con un dispositivo móvil que usa realidad aumentada, un trabajador de campo puede ser guiado directamente a un activo que necesita atención.

Un tercer uso industrial de la realidad aumentada es la transferencia de conocimiento, particularmente en el campo. La demanda de este tipo de aplicación de RA ha crecido en parte debido a las restricciones de viaje impuestas durante la pandemia de COVID-19 y en parte debido a la escasez de expertos calificados. "El personal superior a menudo no puede viajar a un sitio para ayudar a resolver un problema", dice Kapoor. Sin embargo, con la tecnología AR, estos expertos pueden ver exactamente lo que ven los ingenieros locales y los técnicos de campo y colaborar con ellos desde lejos.

Esta capacidad para ayudar en las comunicaciones remotas y agilizar la colaboración también se muestra prometedora para el diseño de procesos y distribución de equipos; la cuarta forma en que la industria está implementando AR. Los usuarios pueden colocar equipos virtuales en el mundo real para comprobar si caben en el espacio asignado antes de gastar el dinero y el tiempo para instalarlos en la vida real. Los usuarios también pueden sumergirse en una celda de fabricación propuesta para ver cómo los robots interactuarán con otra maquinaria, los trabajadores que atienden la celda y el entorno.

Desde hace mucho tiempo, los ingenieros de manufactura han podido construir estas celdas y poblarlas con robots y máquinas CNC construidas con software CAD / CAM como SolidWorks y Delmia de Dassault Systèmes. De hecho, el software Delmia de la empresa ya contiene modelos prediseñados de más de 1.400 robots. “Calculamos el movimiento cinemático, por lo que es una progresión lógica juntarlo todo en una secuencia cronometrada”, dice Mike Buchli, gerente senior de productos y cartera de SolidWorks. "No es muy diferente a un videojuego".

Sin embargo, estas simulaciones tienen una limitación importante. “Aunque pudo haber puesto los robots en tu modelo de computadora y moverlos, no estaba realmente inmerso en esa celda”, explica Buchli. Ahora, con la tecnología de RA como la plataforma de experiencia 3D de su empresa, los usuarios pueden tener la sensación de estar al lado de un robot de 6 pies mientras cruzan la celda para cargar una máquina.

Haciendo la implementación

La implementación de la realidad aumentada suele ser más difícil de hacer que la implementación de la realidad virtual porque un sistema de AR necesita un mecanismo para determinar dónde están los elementos en el mundo real para que pueda superponer los elementos virtuales con precisión. Debido a que la industria de los juegos de computadora ya ha resuelto muchos de estos problemas, muchos desarrolladores de AR que sirven al sector manufacturero han estado tomando prestada tecnología de la industria de los juegos.

El software de realidad aumentada AssistAR de Siemens destaca una cubierta de cojinete en amarillo mientras guía a un técnico a través del mantenimiento de una caja de cambios.El software de realidad aumentada AssistAR de Siemens destaca una cubierta de cojinete en amarillo mientras guía a un técnico a través del mantenimiento de una caja de cambios.Fuente: Siemens Digital Industries SoftwarePor ejemplo, algunos usan un auricular equipado con una cámara de video y una combinación de otros sensores, como sensores infrarrojos y radar. “Además de recopilar una imagen de video regular, también mide la profundidad y establece la perspectiva”, dice Arnav Mukherjee, director de desarrollo para visores y tecnología experimental en Dassault Systèmes. Mientras tanto, el software superpone una cuadrícula virtual sobre la imagen del entorno real. "Podemos colocar una máquina encima de esa malla, y se escalará apropiadamente en la vista".

Debido a que los motores de juegos ya generan tales mallas y superponen objetos virtuales sobre ellas, algunos desarrolladores de AR confían en ellas para este propósito. Sin embargo, Dassault Systèmes no se encuentra entre esos desarrolladores. SolidWorks puede generar estas mallas y colocar modelos CAD en ellas. “Nuestros usuarios esperan que nosotros, como proveedores de software de ingeniería, nos ocupemos de todos los dolores de cabeza de crear imágenes dentro de los headsets”, explica Mukherjee.

Según Nadel, Siemens también está optimizando la generación de gráficos AR. La empresa ha integrado su software AssistAR con su software de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) para automatizar la extracción tanto de los datos CAD como de la secuencia de montaje, inspección o mantenimiento del software PLM. Como consecuencia, los datos CAD y las secuencias de trabajo se entregan como un paquete de instrucciones de trabajo electrónicas que AssistAR puede leer para generar imágenes AR en PC y pantallas que normalmente se encuentran en líneas de producción. Siemens está poniendo estos elementos visuales a disposición de integradores y usuarios a través de un convertidor AR llamado JT2Unity.

“Esta integración de datos CAD a través de PLM es única”, señala Nadal. "En otros casos, se requieren la conversión de datos y la creación de procesos adicionales".

Preparando sus datos CAD

La computación espacial es la columna vertebral de la realidad aumentada. Permite que Plantweb Optics AR dé a los técnicos de campo instrucciones paso a paso para encontrar activos en campo de forma segura.La computación espacial es la columna vertebral de la realidad aumentada. Permite que Plantweb Optics AR dé a los técnicos de campo instrucciones paso a paso para encontrar activos en campo de forma segura.Fuente: Soluciones de automatización de EmersonEstos pasos adicionales para preparar los modelos CAD para su uso en imágenes AR son necesarios por un par de razones. Primero, "los modelos CAD vienen en varias formas de varios proveedores", dice Richmond de Aveva. “Por lo tanto, un primer paso típico es traducir los archivos CAD a una forma adecuada para una herramienta de modelado 3D como Blender”, un juego de herramientas de código abierto para crear animaciones y modelos 3D.

Otra razón para la preparación de datos es que los modelos creados a partir de CAD y otros datos suelen ser demasiado grandes para que la mayoría de los dispositivos AR los manejen en tiempo real. "Ya sea geometría, texturas, hojas o información extraída de listas de materiales, la mayoría de estos datos todavía se crean mediante herramientas que no tienen el consumo en tiempo real en la mente", explica Nicolas Fonta, gerente de producto senior de aumentada, virtual y realidad mixta en Autodesk Inc. “Los datos CAD, por ejemplo, a menudo se representan de una manera paramétrica que no es adecuada para la mayoría de los gráficos en tiempo real. Cuando se combinan, la cantidad de detalles y la resolución de los datos es difícil de ingerir y renderizar en tiempo real para un teléfono, tableta o gafas de realidad aumentada".

Por lo tanto, los datos deben reducirse de alguna manera. “Puede quitar los tornillos y otros detalles que no son críticos para la experiencia de AR”, ofrece Mukherjee en Dassault. También puede editar y usar solo la parte relevante de una máquina o línea de producción.

Aumentando sus realidades

Una vez que el CAD y otros datos se preparan correctamente, se pueden importar al software de creación de AR para la creación de la aplicación final. La última generación de este software cuenta con herramientas de edición gráfica 2D y 3D, herramientas de scripting y editores visuales diseñados para agilizar la generación de aplicaciones personalizadas para el hardware en el que se implementará. Richmond de Aveva dice que estas herramientas pueden ayudar a automatizar partes del proceso.

Tomando prestada tecnología de la industria de los juegos de computadora, los ingenieros de las empresas de manufactura están superponiendo elementos virtuales a las imágenes de objetos reales representados en las pantallas de headsets y dispositivos móviles.Tomando prestada tecnología de la industria de los juegos de computadora, los ingenieros de las empresas de manufactura están superponiendo elementos virtuales a las imágenes de objetos reales representados en las pantallas de headsets y dispositivos móviles.Fuente: AutodeskAún así, la generación de aplicaciones de RA requiere cierta habilidad y familiaridad con las herramientas y técnicas necesarias. “Sin embargo, como con cualquier habilidad, los ingenieros de automatización de las empresas usuarias podrían aprender a utilizar estas aplicaciones”, señala Richmond. Para ayudarlos a hacer eso, la mayoría de los desarrolladores de software de AR han refinado sus herramientas de edición visual para reducir la barrera de habilidades y hacer que las herramientas sean más accesibles para lo que Richmond llama el "desarrollador ciudadano".

"Para casos más avanzados", agrega Kapoor en Emerson, "recomendamos trabajar con integradores y proveedores para crear y mantener bibliotecas en la nube". El almacenamiento de bibliotecas allí no solo agiliza el acceso a los archivos, sino que los mantiene actualizados con el software de AR más reciente.

La inversión de tiempo y dinero en imágenes de RA no termina con su creación. “Como cualquier software, las soluciones de RA no son aplicaciones de configuración y olvido”, explica Kapoor. "Mantener sus imágenes de AR es una necesidad para garantizar que continúen pagando retornos de su inversión".        

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