-
Kulcsszó
Virtuális valóság és 3D-szkennelés – Az Audi e-tron GT digitális tervezésű gyártása
2020-12-21
Az Audi e-tron GT a négykarikás márka első modellje, amelynek gyártását
teljes egészében fizikai prototípus nélkül tervezték meg, amit több olyan műszaki
fejlesztés tett lehetővé, mint például a háromdimenziós épületszkennelés, a gépi
tanulási folyamatok (Machine Learning), valamint a virtuális valóság (Virtual
Reality; VR) alkalmazása. Ennek során az összes szerelési folyamatot - mint például
az egyes eljárások és a dolgozók kézmozdulatai - a valódiakat a legapróbb
részletekig leképező virtuális helyiségekben tesztelik és optimalizálják. A
virtuális tervezést időközben több termelési helyszínen is alkalmazzák, így - s
nemcsak a koronavírus-járvány idején - üzleti utak és külföldi kiküldetések
nélküli, digitális és hálózatba kapcsolt munkát tesz lehetővé. A 3D-szkennelés és a
virtuális térbeli tervezés hatékonyabbá és hosszú távon fenntarthatóbbá teszik a
folyamatokat.
Hol használják a virtuális tervezést és miért olyan fontosak e téren a
3D-szkennelések?
Egy-egy új Audi-modell gyártásának hagyományos tervezési folyamata
során különböző prototípusokat alkalmaznak. A jármű-prototípusok a tervezés kezdeti
időszakában egyedi darabokként, kézi munkával előállított alkatrészekből készülnek,
ami különösen idő- és költségigényes. Az összeszerelés-tervezési részleg e
prototípusok segítségével alakítja ki és optimalizálja a későbbi gyártási
folyamatokat. Mi a dolgozó feladata? Hol kell lennie egy-egy alkatrésznek, hogy
optimálisan elérhesse őket? Egyedül is felemelheti és beépítheti? Hogyan kell
mozognia ehhez? Útban lehetnek más alkatrészek? Milyen szerszámokra lehet szüksége?
Az Audi e-tron GT gyártástervezése során a digitális világba helyezték át e
kérdések megválaszolását. Virtuális valóság (Virtual Reality; VR) alkalmazásával
minden lépést és mozdulatot immár a digitális térben tesztelnek. A virtuális
tervezés célja, hogy minden folyamat tökéletesen illeszkedjen egymáshoz és a
szerelősor ütemezése is harmonikusan alakuljon az autó későbbi gyártása során.
Ehhez pontosan és mérethűen kell leképezni a gyárcsarnok minden részletét, s ebben
jut szerephez a 3D-szkennelés. Ennek során speciális hardverrel és szoftverrel
virtuálisan leképezik a valódi gyárlétesítményt, a berendezésekkel, szerszámokkal
és polcokkal együtt. A neckarsulmi termelési helyszínen működő Audi Böllinger Höfe
üzem, ahol az Audi e-tron GT készül, így már szintén létezik a digitális világban
is, amely modell alapjain az új, digitális tervezési módszereknek köszönhetően
virtuálisan már évekkel előre megtervezhető a jövőbeli gyártás.
Hogyan működik a 3D-szkennelés és milyen szerephez jut benne a mesterséges
intelligencia?
A megfelelő adatok előállításához alapvető fontosságú a szkenner,
azaz a hardver, amely ez esetben mintegy két méter magas, négy keréken gördül, s
egy munkatárs mozgatja az egyes helyiségeken át. Tetején egy LiDAR (Light Detection
and Ranging) készülék és további három lézerszkenner, valamint egy kamera működik.
A helyiségek adatainak beolvasásakor két folyamat zajlik egyidejűleg: a
nagylátószögű kamera képet készít a helyiségről, míg a lézerek pontosan megmérik
méreteit, az adott környezet háromdimenziós pontfelhőjét hozva létre. Egyedül a
necksulmi telephelyen a gyárcsarnokok már mintegy 250 ezer négyzetméterét
rögzítették e technikával. Csakis a hardver és a szoftver megfelelő
együttműködésével jöhet azonban létre a felvett pontokból, képekből és összetett
adathalmazokból olyan kiértékelhető összkép, amelyet a rendelkezésre álló tervezési
rendszerek is felhasználhatnak. Az ehhez szükséges szoftver az Audi saját
fejlesztése, s mesterséges intelligencián (Artificial Intelligence; AI) és gépi
tanuláson (Machine Learning) alapul. A pontfelhőket és az elkészített fényképeket
egymással kombinálva háromdimenziós, fotóminőségig valósághű tér hozható létre,
amely leginkább a Google Street View nézeteihez hasonlítható. Az egyes arányok és a
távolságok itt méretarányosan megegyeznek a valósággal. A szoftver emellett
önállóan felismer minden tárgyat a helyiségben, például gépeket, polcokat és más
berendezéseket, de minden egyes szkennelés alkalmával tanul is, a továbbiakban még
pontosabban felismerve, megkülönböztetve és osztályozva a tárgyakat. A rendszer
különbséget tud tenni például egy polc és egy acéltartó között, s míg a polc helye
később módosítható a programban és átrendezhető a virtuális térben, az acélgerendáé
nem. Ezek az adatok bárhonnan kiindulva lehetővé teszik a beszkennelt gyártáson át
vezető virtuális túrát és a tervezési folyamatban is közvetlenül
felhasználhatók.
Hol használják már a virtuális valósággal működő virtuális tervezést és
milyen előnyökkel jár?
Az Audi e-tron GT a márka első modellje, amelynek összeszerelését
és a hozzá tartozó logisztikai folyamatokat kizárólag virtuálisan, fizikai
prototípusok nélkül tesztelték. Ehhez az összeszerelés teljeskörű, virtuális
leképezését - egyebek mellett a járműadatokkal, az anyagmozgatással, a különböző
berendezésekkel és szerszámokkal, valamint a tervezett folyamatokkal - úgynevezett
digitális modellben állították össze. Ennek egyik alkotóeleme a 3D-szkennelés. Ez a
digitális modell szolgál azután további fejlesztések alapjául is, amint Andrés
Kohler, a virtuális összeszerelés-tervezés felelőse kifejtette: "Egy általunk, itt
az Audinál kifejlesztett virtuális valóság megoldásnak, valamint a digitális
modellnek köszönhetően a kollégák most szerte a világból virtuális helyiségekben
találkozhatnak, a jövő gyártásának közepén találva magukat. Az egyes munkafázisokat
végző, számítógéppel generált dolgozók válla felett átpillantva, alkalmazásunk
segítségével tetszés szerinti alkatrészváltozatra tekinthetik meg, illetve
optimalizálhatják a tervezett folyamatokat." Az eredményeket ezután a munkatársak
képzésében is felhasználhatják - szintén VR-alkalmazás alapjain.
Ezen új lehetőségeket fokozatosan további projektekben és több termelési helyszínen
is kihasználják. A mexikói San José Chiapa Audi gyárában például megfelelő
3P-workshopot (3P = Production Preparation Process) szerveztek, amelyen ingolstadti
projekt-munkatársak is részt vettek. A szakemberek teljes egészében virtuálisan,
digitális avatarok formájában virtuális valóság használatával vitatták, illetve
tervezték meg a felfrissített Audi Q5 és az új Q5 Sportback gyártását. Ennek során
éppúgy közösen, valós időben dolgozták ki és tesztelték az összes összeszerelési
folyamatot, mint az egyes gépek, polcok és alkatrészek pontos elrendezését a
szerelősor mentén, valamint az ergonómiai szempontokat. A vállalatcsoporton belül
az Audi vezeti a digitális modellt alkalmazó, átfogó VR-megoldás fejlesztését. A
projekt jelenleg a négykarikás márka irányítása alatt konszernszintű programként,
az egyes márkák között átívelően folytatódik, s mind több termelési helyszínen
jelenik meg.
Több, mint csupán épületek és folyamatok - Hogyan működik a virtuális
konténertervezés?
Korántsem csupán a folyamatok és munkafázisok tervezhetők
virtuálisan, hanem olyan tárgyak is, mint például a különösen sérülékeny
alkatrészek szállítására és tárolására szolgáló speciális teherkonténerek. Ezeket -
több, valóságos acélprototípus helyett - immár az Audi által az egyes termelési
helyszíneken és szakterületeken átnyúlóan kifejlesztett VR-alkalmazással tervezték
meg az Audi e-tron GT olyan egyedi, különösen érzékeny alkatrészeihez, mint például
elektromos modulok vagy beltér-elemek. Így működik a virtuális konténertervezés:
mivel minden alkatrészhez rendelkezésre áll a megfelelő adatállomány, a komponensek
közvetlenül és méretarányosan feltölthetők a VR-alkalmazásba. Akárcsak a
3P-workshopok alkalmával, ez esetben is különböző termelési helyszínek munkatársai
találkoznak a virtuális térben, ahol az adott alkatrész alapján alakíthatják ki a
tökéletes és méretre szabott speciális teherkonténert. E folyamatban a logisztika,
az összeszerelés-tervezés, a munkavédelem, a minőségbiztosítás, az
anyagáramlás-tervezés, illetve a beszállítók munkatársai is részt vesznek, akik
különleges digitális tollakkal jelölhetik meg a kívánt változtatásokat a virtuális
konténeren, amelyet mindeközben be- és kirakodhatnak, mozgathatnak vagy meg is
mérhetnek. A tervezés egyrészt az alkatrész szállításának optimális biztonságára
összpontosít, másrészt a dolgozóknak vagy épp a robotoknak könnyen kell tudniuk
megfogni, illetve kiemelni őket tartójukból. A virtuális tervezés lezárultával
egyszerűen exportálják az adatokat és már el is készülhet a speciális
teherkonténer.
Mitől válik a virtuális tervezés hosszú távon fenntarthatóvá és
környezetkímélővé?
Néha a kevesebb több - ezért avatja különösen is hosszú távon
fenntarthatóvá három fő tényező a virtuális tervezést:
- Kevesebb természeti erőforrás - az Audi e-tron GT fizikai prototípusok nélküli, virtuális megtervezésével egyrészt időt, másrészt anyagot, s ezzel természeti erőforrásokat sikerült megtakarítani. Hasonlóképpen érvényes mindez a speciális teherkonténerekre: az acél prototípusok előállítása természeti erőforrásokat és energiát igényelne, a virtuális tervezés azonban sok esetben feleslegessé teszi ezt a fázist.
- Kevesebb hulladék - a speciális teherkonténerek alternatívájaként korábban gyakran különleges védőbéléssel ellátott univerzális teherkonténerekben szállították a különösen sérülékeny alkatrészeket. E védőbélés azonban egyszer használatos anyagból készült és a méretre szabott konténerek alkalmazásával feleslegessé vált. A virtuális tervezés így közvetlenül csökkenti a hulladékképződést.
- Kevesebb üzleti út - az elsődleges cél a hosszú távú fenntarthatóság és a környezetvédelem, a koronavírus-járvány idején azonban egészségügyi okokból is kívánatos az üzleti utak számának lehetőség szerinti csökkentése. A virtuális tervezés nagyban hozzájárulhat ehhez, mivel azon folyamatok, amelyek korábban elengedhetetlenné tették a személyes találkozót, immár a virtuális térben is lefolytathatók.
Milyen jövőbeli perspektívát nyit a virtuális tervezés?
A digitális modell további megoldások alapjául is szolgálhat a
virtuális térben. A virtuális tervezés lehetőségeit - a digitális modellt, a
3D-szkennelést és a VR-alkalmazást is beleértve - a 3D-nyomtatás lehetőségeivel
kombinálva a 3P-műhelyek a jövőben akár vegyes valóságban (Mixed Reality) is
megtarthatók. Az egyes komponensek ekkor 3D-nyomtatóval a természeti erőforrásokat
kímélve, közvetlenül állíthatók elő. Az egyes elemek így akár fizikailag is
vizsgálhatók a virtuális térben, például tapintásuk vagy tömegük megítélésére -
jelentős lépésként a két világ előnyeinek egyesítése felé. A külföldi kiküldetések
és hosszabb üzleti utak a jövőben gyakrabban helyettesíthetők a virtuális
találkozókkal és a virtuális világban avatarok segítségével folytatott
együttműködésekkel. Már ma is lehetőség nyílik arra, hogy a 3D-szkenner által
létrehozott virtuális helyiségeket digitális beltéri navigáció céljaira is
felhasználják, amely során kibővített valóság (Augmented Reality) alkalmazásával
centiméter-pontossággal tervezhető meg az egyes gépek és berendezések elhelyezése.