인더스트리 4.0의 증강현실 동향

점점 더 연결되는 산업에서는 많은 프로세스를 가상으로 매핑할 수 있습니다. "혼합 현실"은 공장 계획에서 고객 접촉에 이르기까지 산업 제조의 모든 영역에서 흥미롭습니다. 따라서 증강 현실(AR)은 게임, 엔터테인먼트 및 통신 산업뿐만 아니라 인더스트리 4.0에도 중요합니다.

 

혼합 현실, 가상 현실 및 증강 현실

인더스트리 4.0을 위한 디지털 도구와 관련하여 증강 현실 및 가상 현실 애플리케이션은 정기적으로 언급되는 가능성 중 하나입니다. 그러나 다른 많은 기술과 비교할 때 그 영향은 낮은 것으로 알려져 있습니다.

 

2020 딜로이트 인사이트 준비 보고서의 결과를 살펴보면 기업에 어떤 기술이 더 중요한지 알 수 있습니다.

• 사물 인터넷(IoT), 인공 지능(AI), 클라우드 인프라, 빅 데이터 또는 빅 데이터 분석은 국제적으로 인더스트리 4.0의 가장 중요한 기둥으로 간주됩니다.
• 나노 기술, 첨단 로봇 공학 및 센서가 그 뒤를 따릅니다. 
• 보고서에 따르면 증강 현실은 3D 프린팅, 양자 및 엣지 컴퓨팅과 함께 관련성이 낮은 기술 중 하나입니다.

그러나 가상 도구를 사용하면 전체 산업 생산에 수많은 가능성이 제공됩니다.

 

증강 현실 

게임 앱 Pokémon Go의 성공 이후 증강 현실은 대부분의 사람들에게 친숙한 단어가 되었습니다. AR은 현실 세계와 디지털 정보를 연결하는 데 널리 사용되는 도구이며 컴퓨터 및 비디오 게임, 소셜 미디어 애플리케이션의 사진 및 비디오 필터 또는 교육 및 학습 프로젝트에 자주 사용됩니다

 

이것은 증강 현실이 수행하는 필수 작업입니다 : 그것의 도움으로 실제 환경을 보완하거나 디지털 요소 (시각 또는 소리)로 오버레이 할 수 있습니다. 필요한 장비만 있으면 됩니다. 이 애플리케이션은 특수 AR 안경뿐만 아니라 스마트폰 및 태블릿과 같은 모바일 장치와 함께 사용할 수 있기 때문에 매우 사용자 친화적입니다.

 

기본 요구 사항은 다음과 같습니다.

• 실제 환경 내에서 가상 물체와 실제 물체의 조합,
• 대화식 작업 및
• 가상 물체와 실제 물체를 서로 실시간으로 등록합니다.

 

시각화를 위한 다양한 AR 방법

 

 

마커는 일반적으로 AR 시스템의 기능에 사용됩니다. 이는 실제 환경에서 가상 물체의 위치와 방향을 올바르게 평가하는 데 도움이 됩니다. 또는 NFT(Natural Feature Tracking) 또는 SLAM(Simultaneous Localisation and Mapping)과 같이 마커가 필요하지 않은 방법도 있습니다.

 

시각화에는 다음과 같은 다양한 시스템이 사용됩니다.

• 헤드 마운트 디스플레이(HMD)는 유명한 안경 또는 헬멧입니다. 일반적으로 완전한 가상 환경의 VR 애플리케이션에 사용되지만 증강 현실에도 사용할 수 있습니다.
• 모바일 디스플레이, 즉 스마트폰 및 태블릿은 산업적 맥락 밖에서도 알려져 있으며, 일부 응용 프로그램pdf는 이미 처음에 언급했습니다. 생산 과정에서 모바일 장치는 복잡한 제품이나 프로세스를 간단한 방법으로 매핑하는 데 도움이 됩니다.
• 공간 증강 현실(SAR) 시스템은 프로젝터를 사용하기 때문에 다르게 작동합니다. 그들은 가상 요소를 실제 물체에 직접 투사합니다.

 

AR 애플리케이션의 맥락에서 공간 컴퓨팅은 서로 다른 가상 레이어를 중첩하는 것을 의미합니다. 예를 들어, 필요한 데이터는 AR 클라우드에 저장할 수 있습니다. 따라서 시각적 표현은 센서의 실시간 데이터, 생산 핵심 인물 또는 다른 IoT 개체의 정보와 연결될 수 있습니다.

 

장점은 이러한 형태의 시각화가 핸즈프리 솔루션을 가능하게 한다는 것인데, 이는 디지털 정보를 제공받거나 원격 비서 시스템의 안내를 받으면서 수동 작업 프로세스를 수행할 수 있음을 의미합니다.

 

 

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혼합 현실에서 작업

증강 현실은 혼합 현실의 일부입니다. 실제 환경과 가상 환경의 연결을 설명합니다. 공장 홀, 기계 및 인력에서와 같이 실제와 다양한 소스의 데이터에서와 같이 가상입니다.

 

AR 애플리케이션은 이 연결이 실제로 어떻게 보이는지 보여줍니다. 증강 가상은 혼합 현실의 하위 범주입니다. 증강 가상 애플리케이션 및 도구는 가상 현실과 같이 가상 수준에 더 중점을 두고 있지만 여전히 실제 환경에 연결되어 있습니다.

 

예를 들어, 새로운 주변 장치(예: 장갑)는 작업장 설계를 위한 인체 공학 및 성능 지표를 캡처하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 계획에서 중요한 요소입니다. 증강 현실의 응용 분야는 주로 제조업에 있습니다.

 

프로덕션에서 AR의 강점과 약점

제조업에서 AR 응용 프로그램에 대한 산업 기업의 회의론은 그들의 영향력을 충분히 평가할 수 없다는 사실에서 비롯됩니다. 증강 현실은 적절한 기술 장비 없이는 구현할 수 없으므로 필요한 투자는 긍정적인 효과를 보여야 합니다.

 

AR의 효과를 조사하는 공동 연구 프로젝트

 

뮌헨 공과대학(TUM), 위스콘신-매디슨 대학, 마인츠 주립 병원의 연구팀이 AR이 산업 제조에 미치는 영향을 조사했습니다. 증강 현실을 사용하여 생산량을 늘립니다. Manufacturing & Service Operations Management 2022)를 공동 현장 시험에 참여시켰습니다.

 

기술 회사에서 수행 한 프로젝트의 질문 :

• 직원들은 AR 지원 유무에 관계없이 새로운 작업을 수행하는 방법을 얼마나 빨리 배울 수 있습니까?
• 작업의 복잡성이 중요한 역할을 합니까?
• AR 애플리케이션은 직원이 프로세스 최적화를 위한 제안을 하는 능력에 어떤 영향을 미칩니까?

AR 애플리케이션이 생산성에 미치는 영향이 가장 분명합니다. 연구원들은 AR 안경의 도움으로 복잡한 작업도 훨씬 더 빠르게 완료되는 것을 관찰할 수 있었습니다(평균 44%의 시간 절약). AR 지원으로 간단한 작업도 약 15% 단축되었습니다.

 

 

 

AR의 장점과 단점

단점 : 기술 지원은 학습 효과를 감소시킵니다. 작업을 완료하는 데 필요한 정보는 아날로그 작업과 같은 깊이로 흡수되지 않습니다. 이는 혁신 잠재력에도 영향을 미치는데, 연구 결과에 따르면 AR 기술 없이 작업한 그룹에서 개선을 위한 더 유용한 제안이 나왔습니다.

 

연구진에 따르면 AR 애플리케이션은 프로세스 최적화가 대부분 또는 완전히 완료된 영역에서 가장 긍정적인 영향을 미칩니다. AR은 또한 짧은 택트 타임이 필요한 생산 영역을 지원하여 생산성을 높입니다.

 

그러나 많은 기업들이 산업 제조 분야에서 AR 기술의 용도가 매우 다르다는 것을 알고 있습니다.

 

 

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인더스트리 4.0의 AR 기술 응용 분야

AR 애플리케이션은 인더스트리 4.0의 다른 주요 산업에 비해 다소 뒤처져 있지만 많은 제조업체가 이미 증강 현실의 가능성을 사용하고 있습니다. 응용 분야는 매우 다양하며 잘 조정된 생산 프로세스를 훨씬 더 빠르게 실행하는 데 국한되지 않습니다.

 

복잡한 조립 작업 지원

데이비드 뷔트케(David Wuttke) 교수가 이끄는 연구팀의 위 연구에서 이미 알 수 있듯이 AR은 복잡한 작업을 훨씬 쉽게 만드는 것을 의미합니다. 이는 조립 라인에서도 마찬가지이며, 제품과 공정이 점점 더 복잡해지고 있습니다.

수많은 구성 요소를 극도의 정밀도와 시간 압박 하에서 조립해야 합니다. 문제는 완제품의 크기에 관계없이 동일하게 유지됩니다.

 

 

 

그러나 신제품은 조립을 더 어렵게 만들어 프로세스를 지연시킵니다. 그 이유는 무엇보다도 새로운 조립 지침과 그 제시 방식입니다. 필요한 정보를 얻는 데 자주 사용되는 PDF 문서는 시간이 너무 많이 걸립니다.

 

그러나 AR 지원을 통해 정보에 쉽게 액세스하고 눈에 잘 띄게 만들 수 있습니다. 음성 제어와 함께 AR 지원을 사용하면 작업자가 손을 자유롭게 사용할 수 있고 필요한 정보를 얻기 위해 조립을 중단할 필요가 없기 때문에 프로세스 속도를 높이는 데 도움이 됩니다.

 

AR을 사용하는 이러한 방법은 새로운 것이 아니지만 기술 발전으로 인해 필요한 장비 및 관련 소프트웨어가 20년 전보다 훨씬 저렴해졌습니다. 그 결과, 이러한 AR 애플리케이션은 이제 더 광범위하게 사용됩니다. 예를 들어, 조립이 훨씬 더 큰 치수로 수행되는 항공 우주 기술에서는 프로젝터를 사용하여 개별 부품의 정확한 위치를 표시합니다.

 

유지보수 프로세스의 단순화

생산 시설의 유지 관리는 경제적 관점에서 중요한 요소입니다. 인더스트리 4.0은 생산 시설을 자동화하고 유지 보수를 계획하여 예기치 않은 생산 중단 시간을 줄이는 것을 목표로 합니다.

기계 유지보수가 대부분 또는 완전히 자동화되지 않더라도 시간은 중요한 역할을 합니다. 유지보수 결과와 목표를 매뉴얼로 전송해야 하는 경우 프로세스가 지연되고 필요 이상으로 시간이 오래 걸립니다.

 

AR 기술을 사용하면 AR 디스플레이에서 목표와 결과를 동시에 비교할 수 있습니다. 이 경우 음성 제어는 손이 자유로운 상태에서 설명서를 쉽게 사용할 수 있도록 도와줍니다.

 

 

 

HoloLens 기술은 유지 보수 서비스, 가상 모델 및 최신 통신 채널을 결합합니다. 따라서 유지 보수 기술자는 모든 관련 정보(예: 기술 데이터 등)에 액세스할 수 있으며 이를 가상 모델과 비교하고 핸즈프리로 유지 보수를 수행할 수 있습니다.

 

이를 위해 기술 지원이 현장에 있을 필요도 없으며, 필요한 모든 검사 단계를 HoloLens를 통해 현장 기술자에게 전송할 수 있습니다. AR 안경은 두 가지 방향으로 작동합니다.

• 현장의 기술자는 디스플레이를 통해 전문 유지 보수에 대한 정확한 지침을 보고 정확한 단계별 지침을 받습니다.
• 본사의 지원 팀은 안경을 통해 직접 볼 수 있으며 원격으로 유지 보수를 수행할 수 있습니다.

모델의 데이터와 함께 이러한 개입을 미리 계획하고 훨씬 빠르게 완료할 수 있습니다.

 

 

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협업 방식 

HoloLens 애플리케이션은 AR 애플리케이션의 또 다른 가능성, 즉 협업 솔루션을 개선하고 전문 지식에 더 쉽게 액세스할 수 있을 것으로 예상합니다. 이를 통해 더 큰 생산 상황에서도 유지 보수 및 서비스 작업을 더 쉽게 조정하고 수행할 수 있습니다.

 

AR 기술은 숙련된 인력 부족으로 인해 많은 회사에 존재하는 인력 격차를 해소하기 위한 것입니다. AR 애플리케이션 덕분에 현장에 있지 않고도 어디서든 전문가를 호출할 수 있습니다. 따라서 더 이상 사내에서 필요한 전문 지식을 사용할 필요가 없습니다.

 

직원들은 텔레프레즌스 및 공장 상황 전송 덕분에 전문가의 안내를 받을 수 있습니다. 이러한 형태의 협업은 부서, 부서 및 공장 전반에 걸쳐 수행될 수 있습니다. 이러한 지식 전달은 자격을 갖춘 기술 직원의 직접적인 감독 하에 일종의 "실습에 의한 학습"으로 교육 목적으로도 사용될 수 있습니다.

 

 

 

고객 지원

마찬가지로 제조업체는 AR 애플리케이션을 사용하여 고객을 지원할 수 있습니다. 특히 기계 및 플랜트 제조업체가 복잡한 제품에 대해 제공해야 하는 조언에 관해서는 더욱 그렇습니다.

 

AR 기술은 제품 자체, 개별 구성 요소 또는 기계 및 시스템을 작업에 통합하는 것을 훨씬 더 잘 시각화할 수 있습니다. 따라서 고객은 제품의 작동 방식뿐만 아니라 의도한 위치의 공간 치수에 대한 아이디어도 얻을 수 있습니다.

또한 변경 요청을 고객과 직접 논의하고 가상 모델로 전송할 수 있습니다.

 

품질 보증 지원

제품 및 구성 요소의 가상 모델은 AR 장치와 함께 품질 보증에도 사용할 수 있습니다. 디스플레이는 오버레이를 통해 원본과 모델을 비교하는 데 사용할 수 있습니다. 제조업체의 사양과 편차가 있는 경우 오버레이에 직접 표시할 수 있습니다.

 

이는 대규모 프로젝트에도 적용됩니다. 예를 들어, Airbus에서는 혼합 현실 애플리케이션을 사용하여 기술자에게 완전한 디지털 모델과 스케치를 제공하여 생산 중에 구조적 마운트를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 최대 80,000개의 브래킷 검사를 크게 단축할 수 있습니다.

 

생산 지역의 더 나은 계획

AR 기술을 사용하여 생산 지역 또는 전체 제조 공장의 모델을 실제 환경에 투영할 수 있습니다. 이러한 방식으로 시운전 전에 기계, 보관 구역, 운송, 이동 및 탈출 경로의 계획을 확인하고 현장에서 후속 개선의 필요성이 명백해질 경우 이를 최적화할 수 있습니다.

 

AR 적용 사례:

위에서 설명한 AR 기술의 응용 분야는 더 이상 많은 기업에서 이론적으로 고려 사항이 아닙니다. 사실, 그들은 이미 일상 업무 생활의 필수적인 부분으로 간주됩니다.

 

Toyota Motor Corporation의 새로운 생산 라인 설치

Toyota Motor Corporation은 AR 애플리케이션을 사용하여 전 세계 지역의 신규 및 기존 생산 라인과 공장 건물의 유지 관리 및 설치를 단순화하고 있습니다. 기술은 여러 수준에서 도움이 됩니다.

 

목표

• 전문가의 존재: 작업 점검, 잠재적으로 위험한 문제 해결, 대형 기계 측정과 같은 정교한 작업 수행 등 이러한 프로세스 중 상당수는 일반적으로 이러한 목적을 위해 해외 현장으로 출장을 가야 하는 전문가 및/또는 면허가 있는 기술자의 존재를 필요로 합니다.
• 엄격한 커뮤니케이션 지침: 본사에서 현지 지사에 이르기까지 모든 Toyota 운영의 기밀 데이터 처리에는 엄격한 규칙이 적용됩니다. 여기에는 소프트웨어, 카메라 및 기타 최종 장치도 포함되어 보안 격차가 발생할 수 있습니다. 이로 인해 먼 위치 간의 통신이 더 어려워집니다.

 

솔루션

• 보안 장비: 커뮤니케이션과 정보 흐름을 개선하기 위해 Toyota는 보안 도구에 의존합니다. 예를 들어, 원격 지원을 위한 Vuforia Chalk(PTC의 제품)가 여기에 포함됩니다.

 

이 도구에는 라이브 비디오 및 오디오와 같은 다양한 기능과 실시간 보기에 디지털 발언을 추가하는 기능이 함께 제공됩니다. 안전을 보장하기 위해 이 도구는 Toyota에 맞게 맞춤화되었으며 회사에서 대여할 수 있는 모바일 장치에 사전 설치되었습니다.

 

• AR을 통한 원격 전문가: Toyota의 AR 기술 사용은 특정 문제에 대한 전문 지식을 장거리에서 사용할 수 있도록 하는 데 사용할 수 있는 방법을 보여주는 전형적인 예입니다. 따라서 설치 및 유지 보수 중 모든 작업 단계를 휴대폰이나 태블릿을 통해 멀리서 직접 동반할 수 있습니다. 현장의 기술자는 정확한 지침으로 지원을 받습니다.

 

이동 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기계 측정에 필요한 시간도 줄일 수 있습니다. 또한 이 절차를 통해 구현 오류를 방지할 수 있습니다.

 

 

 

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BMW 그룹의 교육 목적의 증강 현실

AR의 의미 있는 적용에 대한 TUM 연구 결과와 달리 BMW 그룹은 AR을 사용하여 직원을 교육하는 접근 방식을 찾았습니다. 사실, 물류 및 품질 보증(예: 도장 공장)에서 피킹 작업을 조정하는 것 외에도 AR 애플리케이션의 가장 중요한 용도입니다.

작업 현장의 실제 환경에 겹쳐진 비디오와 지침의 도움으로 수많은 조립 단계를 전달해야 합니다. 비디오는 각 직원에 맞게 조정할 수 있으며 원하는 대로 빨리 감기 및 되감기를 할 수 있습니다.

 

트레이너가 실제 조건에서 운동을 동반합니다. 그들은 비디오 및 교육 콘텐츠를 넘어서는 특정 질문에 답할 수 있습니다. AR 기술을 사용하면 여러 직원을 동시에 교육할 수 있습니다.

 

회사에 따르면 교육 제안은 호평을 받고 있습니다. 전반적으로 교육 비디오는 원하는 학습 목표를 더 빨리 달성할 수 있도록 합니다. 조립에 대한 평가는 다릅니다: 여기서 BMW 그룹은 AR 응용 프로그램에 대한 부가가치를 못하지만 응용 가능성은 분명히 있습니다. 그러나 이 영역의 초점은 린(Lean) 프로세스에도 있습니다.

 

Škoda의 HoloLens 파일럿 프로젝트

2021년 스코다(Škoda)에서 AR 안경의 다양한 용도를 테스트하기 위한 파일럿 프로젝트가 시작되었습니다. 적용 영역에는 다음이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.

 

• 기술자의 손이 자유롭도록 유지되는 동안 매뉴얼, 유지 보수 체크리스트 및 유사한 문서의 즉각적인 투영을 통해 유지 보수를 최적화합니다.
• 예를 들어, 병렬 화상 회의로 보완할 수 있는 교육 과정입니다.

AR 프로젝트의 목표 또한 다릅니다. 더 높은 산업 안전(예: 더 낮은 오류율)에서 부서 및 위치 간 커뮤니케이션 개선, 유지 보수 프로세스 단축에 이르기까지 다양합니다.

 

게임화 요소는 또한 젊은 직원들에게 인센티브 역할을 하고 기술 직업에 대한 접근을 용이하게 해야 합니다.

 

Volvo Group의 직원 유지를 위한 AR

Toyota Motor Corporation과 마찬가지로 Volvo Group은 AR 애플리케이션에 PTC의 Vuforia 도구를 사용합니다. 이 기술은 회사의 다양한 영역에서 사용됩니다. 한 가지 중요한 목표는 볼보를 매력적이고 혁신적인 기업으로 포지셔닝하는 것입니다.

 

회사에 따르면 증강 현실은 다양한 그룹의 직원과 지원자에게 어필할 수 있기 때문에 이에 중요한 역할을 합니다.

 

• 기존 직원은 새로운 프로세스에 적극적으로 참여하여 지식 전달에 기여합니다. 특히 엔진의 품질 관리 및 보증에 있어서는 오랜 전문가들의 노하우를 모아 후배 직원들을 위해 현대적인 방식으로 준비할 수 있습니다.
• AR 기술은 일반적으로 지원자에게 큰 관심을 가지고 있습니다. 적절한 도구를 사용함으로써 Volvo Group은 두 가지 이점을 얻을 수 있습니다.

 

한편으로는 현대 기술 회사로서의 브랜드를 강화하여 고용주로서의 매력을 강화합니다. 반면에 AR 애플리케이션은 신입 사원의 필요한 교육을 크게 촉진하고 단축합니다.

 

대체로 증강 현실은 직원의 인지 부하를 줄이는 동시에 학습 능력을 촉진하기 위한 것입니다. 따라서 AR 기술은 자동화할 수 없고 인간의 기술과 분석에 의존할 수 없는 영역에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

 

생산을 위한 다용도 도구 상자

AR 기술은 많은 비즈니스 및 생산 분야에서 사용됩니다. 그들은 품질, 비용 및 시간을 개선하기 위한 지원으로 사용됩니다.

그러나 이렇게 하려면 서로 다른 영역의 각 요구 사항에 맞게 응용 프로그램을 조정해야 합니다. 동시에 증강 현실은 모든 생산 공정에 대해 원하는 최적화를 제공할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.

 

그럼에도 불구하고 사례 연구는 특히 유지 보수, 서비스, 조립, 품질 관리 및 교육에 대한 AR 애플리케이션의 강점을 보여줍니다. 또한 회사 내에서뿐만 아니라 전 세계 고객 및 파트너와의 커뮤니케이션을 24/7 개선하는 것과 같은 중요한 이점이 있습니다. 이와 관련하여 AR은 산업 생산의 부가가치를 의미하는 광범위한 응용 분야를 제공합니다.