Εικονική Πραγµατικότητα

Εικονική Πραγµατικότητα Σύγχρονο εργαλείο για το σχεδιασµό προϊόντων και διαδικασιών στη βιοµηχανία Μπιλάλης Νικόλαος*, Πετούσης Μάρκος**, Αντωνιάδης Αριστοµένης***, * Αναπληρωτής Καθηγητής Πολυτεχνείου Κρήτης ** Μεταπτυχιακός Φοιτητής Πολυτεχνείου Κρήτης *** Καθηγητής ΤΕΙ Κρήτης Περίληψη Τα τελευταία χρόνια συναντάται όλο και συχνότερα σε διάφορους τοµείς της επιστήµης η τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας. Στην παρούσα εργασία γίνεται µία σύντοµη επισκόπηση της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας και αντίστοιχα µία στοιχειώδης περιγραφή των χαρακτηριστικών της. Εκτός από τα τεχνικά και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά, περιγράφονται τα περιφερειακά και το λογισµικό που χρησιµοποιείται στα συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας. Στη συνέχεια αναφέρονται οι τοµείς που εφαρµόζεται η τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία και αναλύονται οι επιπτώσεις στις λειτουργίες των εταιρειών από τη χρήση τέτοιων συστηµάτων καθώς και τα πλεονεκτήµατα που προκύπτουν. Τέλος, επισηµαίνονται τα αποτελέσµατα που αναµένονται από την ενσωµάτωση εργαλείων Εικονικής Πραγµατικότητας σε βιοµηχανικά περιβάλλοντα. 1. Γενικά Την τελευταία δεκαετία η χρήση του όρου Virtual (εικονικός, πλασµατικός) συναντάται όλο και συχνότερα σε αρκετούς τοµείς της τεχνολογίας. Καθηµερινά, γίνονται αναφορές για «εικονικά πανεπιστήµια», «εικονικά γραφεία», «εικονικά κατοικίδια ζώα», «εικονικούς γιατρούς», «εικονικές περιηγήσεις», κ.λπ.. Όλες αυτές οι αναφορές συνδέονται µε την τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας. Η Εικονική Πραγµατικότητα (Virtual Reality ή VR) εµφανίστηκε ως όρος στα µέσα της δεκαετίας του 1980, δηµιουργώντας µια σειρά από συζητήσεις για τον ορισµό της έννοιας της πραγµατικότητας. Σε µικρό χρονικό διάστηµα πολλοί τοµείς, όπως η αγορά αγαθών και η εκπαίδευση, απέκτησαν µια εικονική διάσταση. Η τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας εφαρµόζεται σήµερα στη βιοµηχανία στο σχεδιασµό προϊόντων αλλά και µεθόδων παραγωγής. Τα είδη των εφαρµογών της Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία, αφορούν τρεις διαφορετικές κατηγορίες διαδικασιών : Τη δηµιουργία εικονικών πρωτοτύπων. Την προσοµοίωση λειτουργικών χαρακτηριστικών σε προϊόντα. Την προσοµοίωση διαδικασιών παραγωγής. 2. Τι είναι Εικονική Πραγµατικότητα. Η Εικονική Πραγµατικότητα είναι η τεχνολογία µε την οποία προσοµοιώνεται, µε τη βοήθεια κατάλληλου συστήµατος προσοµοίωσης, η συµπεριφορά πραγµατικών κόσµων σε κάποιο εικονικό περιβάλλον. Η τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας έγινε αποδεκτή µε ενθουσιασµό από το κοινό και οι εταιρείες που παρείχαν εφαρµογές της τεχνολογίας αυτής, τις προώθησαν σηµαντικά από την αρχή της εµφάνισής τους σε εµπορική µορφή. Τα αρχικά συστήµατα είχαν πρόβληµα στο χρόνο απόκρισης των εφαρµογών στους χειρισµούς των χρηστών, αλλά ήταν εµφανές ότι τα προβλήµατα αυτά θα ξεπερνιόταν σύντοµα, παρέχοντας περισσότερο ρεαλιστικές εφαρµογές. Σελίδα 1

Αρχικά ως Εικονική Πραγµατικότητα θεωρούνταν η τεχνολογία των υπολογιστών µε την οποία δηµιουργούνται εικόνες από εικονικούς χώρους και προβάλλονται µε τη χρήση κατάλληλου περιφερειακού οπτικοποίησης δεδοµένων. Οι χρήστες, κοιτάζοντας µέσα από µια ειδική συσκευή απεικόνισης, ονοµαζόµενη κράνος Εικονικής Πραγµατικότητας, µπορούσαν να δουν, αντί για τον πραγµατικό κόσµο, ένα άλλο κόσµο, δηµιουργηµένο µε τη χρήση του υπολογιστή. Η χρήση κράνους για την οπτικοποίηση δεδοµένων σε εικονικά περιβάλλοντα, εξακολουθεί να αποτελεί το βασικότερο χαρακτηριστικό της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας, η οποία όµως στη σηµερινή της µορφή περιλαµβάνει πολύ περισσότερες δυνατότητες και χαρακτηριστικά. Η χρήση αυτή του κράνους Εικονικής Πραγµατικότητας, έχει το πλεονέκτηµα της σύνδεσης των χρηστών µε τις εικόνες του εικονικού κόσµου. Οι κινήσεις του κεφαλιού του χρήστη καταγράφονται και εισάγονται στο σύστηµα. Με την εισαγωγή των κινήσεων, δηµιουργούνται και προβάλλονται στο σύστηµα απεικόνισης, εικόνες, ανάλογα µε τις κινήσεις αυτές, όπως συµβαίνει στον πραγµατικό κόσµο όταν κάποιος κινεί το κεφάλι του. Αρκετά κράνη Εικονικής Πραγµατικότητας αποτρέπουν την επικοινωνία των µατιών του χρήστη µε τον πραγµατικό κόσµο, ή ακόµα παρέχουν στερεοσκοπικές απεικονίσεις, αυξάνοντας τη ρεαλιστικότητα της απεικόνισης από το σύστηµα, «βυθίζοντας» το χρήστη στο εικονικό περιβάλλον. Η τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας στη σηµερινή της µορφή εµφανίζεται µε συνθέσεις οι οποίες διαφοροποιούνται κυρίως από το χρησιµοποιούµενο εξοπλισµό. Με την εξέλιξη των συστηµάτων Εικονικής Πραγµατικότητας, έγινε εφικτός ο χειρισµός από το χρήστη των αντικειµένων που απεικονίζονται από το σύστηµα, µε τη χρήση βέβαια κατάλληλων περιφερειακών. Επιπλέον παρέχεται η δυνατότητα εικονικής κίνησης και αλληλεπίδρασης του χρήστη µε τον εικονικό κόσµο, επεκτείνοντας αρκετά τους τοµείς εφαρµογής της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας. Στη συνέχεια αναφέρονται κάποιες εφαρµογές Εικονικής Πραγµατικότητας, κατηγοριοποιηµένες σύµφωνα µε το χαρακτηριστικό που αξιοποιούν από την τεχνολογία αυτή : Αναπαράσταση αντικειµένων και χώρων µε δυνατότητα περιήγησης µε εφαρµογή σε : Αρχαιολογικά µνηµεία, Αρχιτεκτονικές εφαρµογές, Εικονικά εργοστάσια, Σχεδιασµό προϊόντων για αισθητική αξιολόγηση. Προσοµοίωση λειτουργίας µηχανισµών στη φάση του σχεδιασµού του, για τον προσδιορισµό της λειτουργίας του. Προσοµοίωση διαδικασιών µε εφαρµογή σε εργονοµικές µελέτες και µελέτες για τον προσδιορισµό της δυνατότητας πραγµατοποίησης εργασιών. 2.1 Λειτουργικά χαρακτηριστικά συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας είναι : Τρισδιάστατη οπτικοποίηση δεδοµένων (βλ. σχήµα 1α). Περιήγηση στο εικονικό περιβάλλον. Αλληλεπίδραση µε αντικείµενα. Προσοµοίωση φυσικών φαινοµένων. Εικονικό περιβάλλον (βλ. σχήµα 1β). Σελίδα 2

Σχήµα 1 : α) Οπτικοποίηση εικονικού αυτοκινήτου σε σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας (εικόνα από σύστηµα της Divisin Parametric Technlgy Inc), β) Εικονικό περιβάλλον σε από το σύστηµα Superscape της Virtual Presence (εικόνα Virtual Presence). 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά ενός συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας είναι : Μοντελοποίηση αντικειµένων. Περιορισµοί κίνησης στα εικονικά αντικείµενα (βλ. σχήµα 2α). Έλεγχος συγκρούσεων. Οπτικοποίηση τρισδιάστατων χώρων. Ρεαλιστική απεικόνιση γεωµετρικών µοντέλων (βλ. σχήµα 2β). Σχήµα 2 : α) Περιορισµοί κίνησης σε βραχίονα σηµειακής συγκόλλησης (εικόνα Michigan University), β) Απεικόνιση εσωτερικού αυτοκινήτου µε τη χρήση της τεχνικής φωτισµού radisity (εικόνα της LightWrk design). 2.3 Υπολογιστικός εξοπλισµός συστηµάτων Εικονικής Πραγµατικότητας. Τα συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας υποστηρίζονται από : PC : Η χρήση ενός Persnal Cmputer για την ανάπτυξη εφαρµογών Εικονικής Πραγµατικότητας έχει το σηµαντικό πλεονέκτηµα ότι το PC µπορεί να χρησιµοποιείται ταυτόχρονα για εφαρµογές γραφείου, όπως είναι η επεξεργασία κειµένου, η δηµιουργία παρουσιάσεων κ.λπ.. Tο κόστος ενός τέτοιου συστήµατος είναι ιδιαίτερα χαµηλό, συγκρινόµενο µε άλλα υπολογιστικά συστήµατα που περιγράφονται παρακάτω. Παρ όλα αυτά, οι PC δεν µπορούν ακόµα να ανταγωνιστούν σε δυνατότητες τους σταθµούς εργασίας, λόγω του ότι δεν υπάρχουν προδιαγραφές για όλα τα υποσυστήµατα του PC. Σελίδα 3

Σταθµοί εργασίας για την παραγωγή γραφικών : Οι σταθµοί εργασίας µε δυνατότητα παραγωγής τρισδιάστατων γραφικών, αποτέλεσαν τη βάση για την ανάπτυξη της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας αφού για πολλά χρόνια παρείχαν δυνατότητες που δεν υπήρχαν σε συστήµατα PC, ενώ το κόστος τους δεν έφτανε το απαγορευτικό κόστος των υπερυπολογιστών. Πάντως το κόστος των σταθµών εργασίας ήταν πάντα µεγαλύτερο από ένα PC και έτσι µε σηµερινά δεδοµένα το ποσοστό τους στην αγορά µειώνεται συνεχώς. Υπερυπολογιστές : Τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούνται σε εφαρµογές Εικονικής Πραγµατικότητας πολύ υψηλής απόδοσης λόγω της µεγάλης ταχύτητας τους για τη δηµιουργία ρεαλιστικών απεικονίσεων. Οι δυνατότητες φωτορεαλισµού σε πραγµατικό χρόνο περιλαµβάνουν τη χρήση υφών και σκιάσεων και όπως είναι αναµενόµενο η υψηλή απόδοση των συστηµάτων αυτών συνεπάγεται και αντίστοιχα υψηλό κόστος. 2.4 Περιφερειακά προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού των χρηστών σε συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας. Ο περιφερειακός εξοπλισµός που χρησιµοποιείται σε συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας είναι : Μηχανικά συστήµατα προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού (βλ. σχήµα 3). Οπτικά συστήµατα προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού. Συστήµατα προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού µε υπέρηχους. Ηλεκτροµαγνητικά συστήµατα προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού. Σχήµα 3 : Μηχανικό σύστηµα προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού του κεφαλιού του χρήστη (εικόνα Fakespace). 2.5 Συσκευές εισόδου δεδοµένων σε συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας. Οι συσκευές εισόδου δεδοµένων που χρησιµοποιούνται σε συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας είναι εξειδικευµένες για τις αντίστοιχες εφαρµογές Στο παρακάτω σχήµα 4, παρουσιάζονται οι δύο χαρακτηριστικές συσκευές εισόδου που είναι : Τρισδιάστατα ποντίκια (3D Muse). Γάντια δεδοµένων (Data glve). Σελίδα 4

Σχήµα 4 : Τρισδιάστατα ποντίκια (εικόνα Spaceball της Spacetec και Spacestick της Virtual Presence) και γάντια δεδοµένων (εικόνα Cyberglve της VTI). 2.6 Συσκευές εξόδου σε συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας. Αντίστοιχα µε τα συστήµατα εισόδου που παρουσιάστηκαν παραπάνω, τα συστήµατα εξόδου είναι : Συσκευές ανάδρασης δύναµης. Γυαλιά τρισδιάστατης απεικόνισης (βλ. σχήµα 5α). Κράνος Εικονικής Πραγµατικότητας (βλ. σχήµα 5β). CAVE. Σύστηµα απεικόνισης απευθείας στο ανθρώπινο µάτι. Σχήµα 5 : α) CrystalEyes (εικόνα Steregraphics), β) Κράνος Εικονικής Πραγµατικότητας V8 της Virtual Research (εικόνα Virtual Research). 2.7 Συστήµατα ήχου σε εφαρµογές Εικονικής Πραγµατικότητας. Η ύπαρξη ήχου σε εφαρµογές Εικονικής Πραγµατικότητας αυξάνει σηµαντικά τη ρεαλιστικότητα της εφαρµογής. Παρ όλα αυτά, δεν υπάρχει ακόµα µεγάλο ενδιαφέρον για την εισαγωγή ήχου σε εφαρµογές. Ήχοι όπως ενός κινητήρα, τηλεφώνου, µηχανολογικού εξοπλισµού κ.λπ., µπορούν εύκολα να αναπαραχθούν σε µια εφαρµογή µέσω των ακουστικών που περιλαµβάνονται στα κράνη Εικονικής Πραγµατικότητας ή µέσω του συστήµατος πολυµέσων του υπολογιστικού εξοπλισµού. Με τη χρήση ειδικών τεχνικών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σηµάτων (Digital Signal Prcessing) είναι εφικτός ο καθορισµός της κατεύθυνσης προέλευσης του ήχου. Επίσης µε τη χρήση άλλων αντίστοιχων τεχνικών είναι εφικτή η καταγραφή των φυσιολογικών ήχων ενός δωµατίου ή ενός χώρου και η αναπαραγωγή τους στην εφαρµογή Εικονικής Πραγµατικότητας. Σελίδα 5

2.8 Λογισµικό συστηµάτων Εικονικής Πραγµατικότητας. Το λογισµικό αποτελεί το βασικότερο τµήµα ενός συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας. Το λογισµικό ελέγχει τα περιφερειακά Εικονικής Πραγµατικότητας, παρέχει τα εργαλεία για την υλοποίηση του εικονικού περιβάλλοντος ενώ µέσω αυτού εκτελούνται οι λειτουργίες της εφαρµογής που έχει αναπτυχθεί. Κυρίως οι λειτουργίες ενός λογισµικού Εικονικής Πραγµατικότητας αφορούν τη διαχείριση δεδοµένων για τρισδιάστατα αντικείµενα. Η βασική διαφορά από ένα σύστηµα CAD είναι ότι παρέχονται δυνατότητες περιήγησης και αλληλεπίδρασης στο εικονικό περιβάλλον που δηµιουργείται από τα τρισδιάστατα γεωµετρικά µοντέλα. Οι δυνατότητες αυτές αποτελούν χαρακτηριστικά του λογισµικού που χρησιµοποιείται σε µια εφαρµογή και συνδυάζονται µε τη χρήση των περιφερειακών του συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας. Επιγραµµατικά τα χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει το λογισµικό Εικονικής Πραγµατικότητας είναι : Εισαγωγή γεωµετρικών µοντέλων, Χρήση βιβλιοθηκών (Libraries), Απεικόνιση λεπτοµερειών σε διαφορετικά επίπεδα (Level f Detail), Κλιµάκωση, περιστροφή και µεταφορά αντικειµένων (Object scaling, rtating, translating), Καθορισµός της συµπεριφοράς των αντικειµένων (Cnstrains), Χαρακτηριστικά προσοµοίωσης µηχανισµών (Articulated features), Απεικόνιση κινούµενων γραφικών (Animatin), Ανίχνευση συγκρούσεων (Cllisin detectin), Παράλληλοι κόσµοι (Parallel wrlds), Χρήση φωτισµού, Υποστήριξη ήχου, Προσοµοίωση, Υποστήριξη περιφερειακών, Στερεοσκοπική απεικόνιση, Υποστήριξη περιφερειακών προσδιορισµού θέσης και προσανατολισµού, ικτυακές λειτουργίες. 3. Τοµείς εφαρµογής της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία. Η χρήση συστηµάτων CAD στις διαδικασίες σχεδιασµού στη βιοµηχανία, θεωρείται πλέον δεδοµένη και υποχρεωτική. Οι περισσότερες εταιρείες χρησιµοποιούν τρισδιάστατα µοντέλα τα οποία παρέχουν καλύτερη απεικόνιση για τη µορφή του σχεδίου που πρόκειται να κατασκευαστεί. Κάποια συστήµατα CAD έχουν επιπλέον τη δυνατότητα χειρισµού τρισδιάστατων γεωµετρικών µοντέλων. Η πολυπλοκότητα όµως των προϊόντων αυξάνει συνεχώς και µια απλή επισκόπηση των τρισδιάστατων γεωµετρικών τους µοντέλων δεν παρέχει επαρκείς πληροφορίες για αυτά. Επειδή το κόστος για την παραγωγή ακόµα και ενός απλού προϊόντος είναι πολύ υψηλό, η αποφυγή λαθών στο σχεδιασµό είναι ένας βασικός τοµέας για την επιτυχία του προϊόντος στην αγορά. Για παράδειγµα για την κατασκευή ενός µικρού πλαστικού εξαρτήµατος χαµηλού κόστους, απαιτείται η κατασκευή ενός ιδιαίτερα ακριβού καλουπιού, το οποίο δεν µπορεί να τροποποιηθεί σε περίπτωση λάθους στο σχεδιασµό. Το πρόβληµα αυτό αυξάνει γεωµετρικά, όσο αυξάνει η πολυπλοκότητα των προϊόντων. Οι µηχανικοί σήµερα επιζητούν τη χρήση εργαλείων τα οποία θα τους αποτρέπουν από τη πραγµατοποίηση λαθών, µέσω της παροχής πληροφοριών για το τελικό προϊόν, πριν ακόµα ξεκινήσει η παραγωγή του. Η τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας αποτελεί ένα από αυτά τα εργαλεία, αφού µπορεί να παρέχει πολύ περισσότερες πληροφορίες από ένα σύστηµα CAD. Ενώ το σύστηµα CAD επιτρέπει την οπτικοποίηση ενός σχεδίου, η Εικονική Πραγµατικότητα παρέχει τη δυνατότητα επισκόπησης του σχεδίου σε πραγµατικό χρόνο καθώς και την προσοµοίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του στο εικονικό περιβάλλον. Αυτό φυσικά δεν σηµαίνει ότι η Εικονική Πραγµατικότητα αντικαθιστά τα συστήµατα CAD, αφού λειτουργεί συµπληρωµατικά ως ένα επιπλέον εργαλείο. Μάλιστα αναµένεται µελλοντικά, το εργαλείο αυτό Σελίδα 6

να ενσωµατωθεί ως χαρακτηριστικό των λογισµικών CAD, παρέχοντας ένα ολοκληρωµένο σύστηµα σχεδιασµού. Σήµερα πάντως οι τοµείς εφαρµογής της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία είναι : Οπτικοποίηση µηχανολογικών σχεδίων, Εκπαίδευση προσωπικού, Αξιολόγηση εργονοµικών παραµέτρων (βλ. σχήµα 6), Οπτικοποίηση εικονικών πρωτοτύπων, Μελέτη σεναρίων συντήρησης και επισκευής µηχανισµών, Προσοµοίωση της συναρµολόγησης µηχανισµών, Προσοµοίωση των δυναµικών χαρακτηριστικών µηχανισµών, Ανάλυση καταπονήσεων, ιαχείριση της διαδικασίας ανάπτυξης προϊόντος, Προσοµοίωση διαδικασιών παραγωγής, Ανάπτυξη τεχνικών για συνεργασία οµάδων σε µεγάλα έργα, Παράλληλη µηχανική. Σχήµα 6 : Αξιολόγηση σχεδιασµού εσωτερικού αυτοκινήτου σε σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας µε ανάδραση δύναµης (εικόνα Πανεπιστήµιο του Michigan). Οι παραπάνω τοµείς βασίζονται στη δηµιουργία εικονικών πρωτοτύπων από επιµέρους εξαρτήµατα ή ακόµα και από ολόκληρο το προϊόν. Η δηµιουργία εικονικών πρωτοτύπων φαίνεται να είναι η αρχική αφορµή για τη χρήση της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία. Οι εταιρείες για την ανάπτυξη ενός προϊόντος αναγκαζόταν να κατασκευάζουν αρκετά φυσικά πρωτότυπα στη φάση του σχεδιασµού, ώστε να µπορέσουν να αξιολογήσουν τα αισθητικά και τεχνικά του χαρακτηριστικά. Τα φυσικά αυτά πρωτότυπα απαιτούν πολύ χρόνο για την κατασκευή τους και έχουν υψηλό κόστος. Με τη χρήση της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγµατικότητας οι εταιρείες δεν εξάλειψαν την ανάγκη για κατασκευή φυσικών πρωτοτύπων, µείωσαν όµως σηµαντικά το πλήθος τους και σε κάποιες περιπτώσεις αρκεί ένα φυσικό πρωτότυπο για την επιβεβαίωση των χαρακτηριστικών, που έχουν µελετηθεί στον υπολογιστή. Εκτός από την αισθητική και τεχνική αξιολόγηση, οι µηχανικοί έχουν τη δυνατότητα να µελετούν σενάρια για την ικανότητα πραγµατοποίησης ενεργειών συντήρησης και επισκευής σε τµήµατα του προϊόντος που σχεδιάζουν. Επίσης µπορούν να πραγµατοποιούν εργονοµικές µελέτες για τα προϊόντα είτε µε τη συµµετοχή των ίδιων των µηχανικών, είτε µε τη χρήση ανθρωποειδών (µανεκέν) στο εικονικό περιβάλλον, όπως φαίνεται στα σχήµατα 7 και 8. Σελίδα 7

Σχήµα 7 : Εργονοµικός σχεδιασµός διαδικασιών µε τη χρήση εικονικών µανεκέν (εικόνα Delmia). Η Divisin έχει σχεδιάσει τον Fred, ένα µανεκέν που χρησιµοποιείται για την προσοµοίωση ανθρώπινων ενεργειών στο εικονικό περιβάλλον. Με τη χρήση της τεχνολογίας Εικονικής Πραγµατικότητας και του Fred µπορούν να πραγµατοποιηθούν έλεγχοι για τον προσδιορισµό των απαιτήσεων συντήρησης µηχανισµών. Όταν ο Fred, του οποίου τα χέρια κινούνται αντίστοιχα µε τα ανθρώπινα, πραγµατοποιεί µια εργασία συντήρησης σε ένα εξάρτηµα ενός µηχανισµού και δεν υπάρχουν συγκρούσεις µε τα υπόλοιπα εικονικά εξαρτήµατα οι κινήσεις που πραγµατοποιεί µπορούν να καταγραφούν από τους χειριστές του συστήµατος και να χρησιµοποιηθούν στην εκπαίδευση εργαζοµένων. Σχήµα 8 : Εργονοµική αξιολόγηση εσωτερικού αυτοκινήτου µε τη χρήση εικονικού µανεκέν (εικόνα Parametric Technlgy Inc.). Ο Fred έχει χρησιµοποιηθεί και για την αξιολόγηση της εργονοµίας ενός αυτοκινήτου της Frmula 1. Το µανεκέν τοποθετήθηκε στη θέση του οδηγού και µελετήθηκαν οι θέσεις και οι αποστάσεις των πεταλιών, του τιµονιού και των οργάνων. Επίσης µελετήθηκε το διαθέσιµο οπτικό πεδίο από τη θέση του οδηγού. Σελίδα 8

Αντίστοιχο µανεκέν έχει δηµιουργήσει η εταιρεία Transm (τώρα ανήκει στην ΕΑΙ), η οποία το ονοµάζει Jack. Ο Jack έχει δηµιουργηθεί σε συνεργασία µε το Center f Human Mdeling and Simulatin του Πανεπιστηµίου της Πενσυλβανίας. Το µανεκέν Transm Jack (TJ) έχει ρεαλιστική κίνηση στο σώµα του και µπορεί να πραγµατοποιεί ελέγχους ισορροπίας. Τα χαρακτηριστικά του Transm Jack είναι : Αποτελείται από 74 τµήµατα, µε 73 συνδέσµους, περιλαµβάνει σπονδυλική στήλη µε 22 σπόνδυλους και έχει 150 βαθµούς ελευθερίας, Έχει κατασκευαστεί µε βάση ανθρωποµετρικά δεδοµένα, που έχουν επεξεργαστεί κατά την έρευνα ANSUR 88, Οι διαστάσεις του βασίζονται σε 132 ανθρωποµετρικές µετρήσεις, Υπάρχει η δυνατότητα πραγµατοποίησης τροποποιήσεων και κλιµάκωσης, Λαµβάνονται υπόψη κατά τη χρήση του ανθρώπινες δυνατότητες εξάσκησης δύναµης και αντοχής των αρθρώσεων, µε τη χρήση δεδοµένων από τη NASA, Μπορεί να αναπαρασταθεί σε διάφορες µορφές, όπως ρεαλιστική, στερεά, συρµατική, σκιασµένη και διαφανής αναπαράσταση. 4. Επιπτώσεις από τη χρήση συστηµάτων Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία. Η χρήση συστηµάτων Εικονικής Πραγµατικότητας στη βιοµηχανία έχει επιπτώσεις σε αρκετές λειτουργίες που σχετίζονται µε τις διαδικασίες σχεδιασµού προϊόντων, µε τις διαδικασίες σχεδιασµού µεθόδων για την παραγωγή τους και µε τον τρόπο επικοινωνίας κάθε επιχείρησης µε εξωτερικούς παράγοντες, όπως είναι οι προµηθευτές και οι πελάτες της. Αυτό σηµαίνει ότι οι λειτουργίες αυτές διαφοροποιούνται σε κάποιο βαθµό µέσα στην επιχείρηση. Η αξιοποίηση των επιπλέον δυνατοτήτων που παρέχονται από ένα σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας εξαρτάται από την οργάνωση και την αποτελεσµατικότητα κάθε εταιρείας. Αυτοί είναι σηµαντικοί παράγοντες για την ανεπιτυχή εφαρµογή κάποιων συστηµάτων Εικονικής Πραγµατικότητας σε εταιρείες, οι οποίες δεν µπόρεσαν να ενσωµατώσουν εφαρµογές Εικονικής Πραγµατικότητας στις λειτουργίες τους, λόγω του ότι δεν κατάφεραν να αξιοποιήσουν τις πληροφορίες που παρέχονται από το σύστηµα για τον κύκλο ζωής των προϊόντων τους. Στη συνέχεια περιγράφονται οι επιπτώσεις από τη χρήση ενός συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας στις λειτουργίες µιας εταιρείας. Επιχειρηµατική γνώση : Αυτή αυξάνεται άµεσα στις εταιρείες µέσα από τη χρήση σύγχρονων συστηµάτων και µεθόδων σχεδιασµού προϊόντων και διαδικασιών παραγωγής. Μακροπρόθεσµα όµως η επίδραση είναι σηµαντικότερη. Η εισαγωγή της τεχνολογίας της εικονικής πραγµατικότητας στο σχεδιασµό προϊόντων και διαδικασιών παραγωγής εισάγει νέες παραµέτρους στο σχεδιασµό, κάνοντάς τον πιο ευέλικτο και πιο αξιόπιστο. Έτσι οι εταιρείες µπορούν να προβλέπουν πιθανά προβλήµατα στην παραγωγή και να προσδιορίζουν στοιχεία κόστους, παραγωγικής δυνατότητας και εφικτότητας από τα αρχικά στάδια του σχεδιασµού. Επιπλέον παρέχεται η δυνατότητα «αποθήκευσης» της παραγωγικής εµπειρίας. Επενδύσεις σε εξοπλισµό : Αποφάσεις που αφορούν επενδύσεις σε εξοπλισµό γίνονται µέσω της χρήσης του συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας. Τα συστήµατα αυτά µπορούν να παρέχουν εκτιµήσεις σχετικά µε τη βιωσιµότητά του εξοπλισµού, τη χρησιµότητά του και τις επιπτώσεις στην παραγωγική µονάδα. Παρέχονται επίσης πληροφορίες για την απόδοση επενδύσεων περασµένων ετών. ιαχείριση προµηθευτών : Στην πλήρη ανάπτυξή του ένα σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας παρέχει τη δυνατότητα αξιολόγησης της προσφερόµενης ποιότητας, αξιοποιώντας πληροφορίες σχετικά µε το κόστος, τις δυνατότητες, τις κατεργασίες, τους χρόνους παράδοσης κ.λπ.. Οι κυριότεροι προµηθευτές των εταιρειών εµπλέκονται στη σχεδίαση του προϊόντος, στο σχεδιασµό της παραγωγής και γενικά σε ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά. Σελίδα 9

Σχεδιοµελέτη προϊόντος : Εδώ υπάρχει η µεγαλύτερη επίδραση. Οι διαθέσιµες τεχνικές µοντελοποίησης και προσοµοίωσης συµβάλλουν σηµαντικά : Στην επικοινωνία των συστηµάτων σχεδίασης µε αποτέλεσµα τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, Στη βελτίωση της συνεργασίας των υποσυστηµάτων, Στη µικρότερη εξάρτηση της εταιρείας από πραγµατικά (όχι εικονικά) πρωτότυπα. Ένας άλλος τοµέας, ο οποίος έχει επίδραση στη διαδικασία της σχεδιοµελέτης, είναι η «ηλεκτρονική» συνεργασία των διαφόρων τοµέων των επιχειρήσεων µέσω δικτύου. Οι πληροφορίες που µπορεί να έχουν οι σχεδιαστές σχετικά µε το κόστος και τις διαδικασίες παραγωγής, τους δίνουν τη δυνατότητα πιο αξιόπιστου σχεδιασµού πριν προχωρήσουν στη φάση της κατασκευής του προϊόντος. Η εκπαίδευση του προσωπικού είναι ένα επίσης θέµα που επηρεάζει µια εφαρµογή Εικονικής Πραγµατικότητας, µε την έννοια ότι οι εργαζόµενοι µπορούν να εκπαιδεύονται στο εικονικό περιβάλλον αρκετό χρόνο πριν την έναρξη της πραγµατικής διαδικασίας. Ένα σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την εκπαίδευση εργαζοµένων σε χειρωνακτικές διαδικασίες, αφού παρέχει : Σχεδόν ρεαλιστικές συνθήκες εργασίας, υνατότητα παροχής πληροφοριών σχετικών µε την εκτελούµενη εργασία, υνατότητα αλληλεπίδρασης µε τα αντικείµενα του εικονικού χώρου. Αυτή η δυνατότητα έχει ιδιαίτερη σηµασία για τις εταιρείες, γιατί στο σύγχρονο περιβάλλον ανταγωνισµού, κάθε εταιρεία πρέπει να µπορεί εύκολα να πραγµατοποιεί αλλαγές και ταυτόχρονα να µπορεί να προσαρµόζει το εργατικό της δυναµικό γρήγορα σε αυτές τις αλλαγές. Επιπλέον δίνει τη δυνατότητα εκπαίδευσης εργαζοµένων χωρίς να είναι απαραίτητη η διακοπή της πραγµατικής παραγωγικής διαδικασίας και χωρίς να υπάρχει κίνδυνος ατυχηµάτων. Προσδιορισµός κόστους : Με την εφαρµογή της Εικονικής Πραγµατικότητας απαιτείται ακριβέστερος προσδιορισµός του κόστους παραγωγής, το οποίο σηµαίνει αναβάθµιση των ισχυόντων λογιστικών συστηµάτων υπολογισµού του κόστους. Τα µελλοντικά συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας αναµένεται να έχουν ως αποτέλεσµα την ακριβέστερη κοστολόγηση ενός προϊόντος στα διάφορα στάδια υλοποίησής του (σχεδίαση - ανάπτυξη - παραγωγή) καθώς και τον υπολογισµό της συνεισφοράς κάθε σταδίου της παραγωγής στο τελικό κόστος του προϊόντος. ιαχείριση επιχειρηµατικού κίνδυνου : Μπορούν να προβλεφθούν πιθανά σενάρια αστοχίας και να δοθούν εναλλακτικοί τρόποι δράσης σε όλα τα επίπεδα της διοίκησης της εταιρείας. Επικοινωνία µε τον πελάτη : Το σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας µπορεί να δώσει αξιόπιστες απαντήσεις σε πιθανές ερωτήσεις του τύπου «what if» των πελατών των εταιρειών, οι οποίες αφορούν αλλαγές στον προϋπολογισµό και στο πλάνο παράδοσης των προϊόντων. Συνεπώς οι πελάτες µπορούν να αποτελέσουν ενεργό τµήµα της διαδικασίας της παραγωγής του προϊόντος. Επικοινωνία επιχειρήσεων : Οι πληροφορίες για την παραγωγή κάποιου προϊόντος είναι ευρύτερα διαθέσιµες µε αποτέλεσµα την αποδυνάµωση της ανεξαρτησίας των τµηµάτων των επιχειρήσεων και / ή την άµεση συνεργασία µεταξύ ανεξάρτητων επιχειρήσεων, για παράδειγµα στα πλαίσια συγκρότησης µιας «εικονικής επιχείρησης». Αυτό οδηγεί σε µοντέλα οργάνωσης µε βάση την παραγωγή και όχι µε βάση τη λειτουργικότητα των τµηµάτων των επιχειρήσεων. Σελίδα 10

Παραγωγή στο εργοστάσιο : Οι διαδικασίες παραγωγής λαµβάνονται υπ όψιν στη διαδικασία σχεδιοµελέτης σε πολύ έγκαιρο χρόνο, ενώ ταυτόχρονα οι διαδικασίες µοντελοποίησης και προσοµοίωσης µπορούν να αξιολογηθούν από το προσωπικό της παραγωγής. Σχέδια και διαδικασίες παραγωγής επαληθεύονται στον υπολογιστή πολύ πριν από την εκτέλεση παραγγελιών για εργαλεία και εξαρτήµατα. Οι οδηγίες για χρήση των εργαλείων είναι βελτιωµένες και εµπεριστατωµένες µέσω της διαθεσιµότητας γραφικών από τις παραπάνω διαδικασίες. Αυτό έχει ως συνέπεια τη µείωση του απαιτούµενου επιπέδου µόρφωσης και ικανοτήτων που απαιτούνται από τους εργαζόµενους, για να µπορούν να εκτελούν τις εργασίες αυτές. Με βάση τις επιπτώσεις στις λειτουργίες µιας εταιρείας, όπως αυτές περιγράφηκαν παραπάνω, τα αποτελέσµατα, που προκύπτουν από τη χρήση των εφαρµογών Εικονικής Πραγµατικότητας είναι : Υψηλή ποιότητα των προϊόντων, Χαµηλότερα κόστη παραγωγής, Λιγότερα πρωτότυπα, Βελτίωση της ακρίβειας του σχεδιασµού και των κατεργασιών, Ελαχιστοποίηση των κινδύνων, Μειωµένος χρόνος για την εισαγωγή του προϊόντος στην αγορά, Λιγότερα προβλήµατα κατά την έναρξη αλλά και την εξέλιξη της παραγωγής. 5. Συµπεράσµατα. Η Εικονική Πραγµατικότητα έχει επικρατήσει στην κοινή γνώµη ως µια τεχνολογία που σχετίζεται µε εφαρµογές ψυχαγωγίας. Παρ όλα αυτά είναι φανερό πως η Εικονική Πραγµατικότητα έχει αναπτυχθεί, για να ικανοποιήσει κυρίως τις ανάγκες τεχνολογικών εφαρµογών. Λόγω των χαρακτηριστικών της, η τεχνολογία αυτή έχει εφαρµοστεί σε πολλά βιοµηχανικά περιβάλλοντα, επεκτείνοντας τις δυνατότητες των συστηµάτων CAD στο σχεδιασµό προϊόντων και διαδικασιών παραγωγής. Τα πλεονεκτήµατα της τεχνολογίας από τη χρήση της σε βιοµηχανικά περιβάλλοντα είναι σηµαντικά. Πρέπει όµως σε κάθε περίπτωση να γίνεται ορθολογική αξιολόγηση των αναγκών µιας εταιρείας, πριν προχωρήσει στην ενσωµάτωση ενός συστήµατος Εικονικής Πραγµατικότητας στις λειτουργίες της. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν κάποιοι περιορισµοί στην τεχνολογία και στο ότι το εύρος του κόστους ενός τέτοιου συστήµατος είναι µεγάλο. Πάντως αναµένεται η καθιέρωση της τεχνολογίας αυτής στο βιοµηχανικό σχεδιασµό, αφού καταφέρνει να συνδέει το σχεδιαστή µε το περιβάλλον που θα έχουν εφαρµογή τα σχέδια του, γεγονός το οποίο δεν είναι εφικτό µε τη χρήση άλλων µεθόδων. 6. Βιβλιογραφία. Jhn Vince Essential Virtual Reality fast Fan Dai Virtual Reality fr Industrial Applicatins, The Very Real Benefits f Virtual Prttyping, Cmputers in Mechanical Engineering, pp. 23-26. Dan Deitz Real Engineering in a virtual wrld,, Mechanical Engineering, July 1995, pp. 78-85. Martin Gebel Industrial Applicatins f Virtual Envirnments, IEEE Cmputer Graphics and Applicatins, January 1996, pp. 10-13. http://www-vrl.umich.edu/ University f Michigan Σελίδα 11