Förstärkt verklighet

Det första konceptet handlar om hur man kan använda AR-enheter som kan vara både handhållna displayer och glasögon. Tanken är att, vid behov, ska man utan att behöva lämna sin arbetsplats kunna ta fram sin AR-enhet för att få information om stål-komponenternas specifikationer. Med hjälp av AR-enheten kan man visualisera 3D-modeller av balkar eller pelare parallellt med tillverkning av samma komponenter.

Figur 12. Augmented reality i en mobiltelefon

Den nya arbetsprocessen med AR-enheter är också relativt enkel att installera. Med hänvisning till intervjuanalysen vet man att verkstaden har fem arbetsstationer. En arbetsstation består av två parallella stöd som används som upplag för stålet. Man kan komplettera dessa stöd med en yta som kommer att användas som en visualiseringsyta för 3D-modellerna. Denna yta ska förses med längsgående markörer. När dessa markörer identifieras av AR-enhetens kamera kommer 3D-modeller direkt att visualiseras i displayen. Genom att ha direkt tillgång till 3D-modellen kan svetsaren arbeta med stålet utan att behöva göra några avbrott i arbetet. Man kan välja att visualisera hela modellen av stål-komponenten eller bara avgränsa till nyckelområden som till exempel bottenplatta för en pelare. Man kan även ha olika skalor på modellen, upp till 1:1.

Figur 13. Två balkar som ligger på uppläggen vid en arbetsstation.

Som tidigare nämnts är fördelen med att använda AR på detta sätt att arbetaren inte behöver göra större avbrott i tillverkningsprocessen för att ta reda på information om den komponenten som det arbetas på. Det blir även lättare för personalen att kontinuerligt ta reda

på mått vid minsta osäkerhet vilket eliminerar felproduktion som beror på bortglömd information.

4.1.2 Mixed Reality

Det andra konceptet är att istället för att använda AR, kan man använda MR. Microsoft Hololens är ett bra exempel på hårdvara som skulle kunna lämpa sig i detta sammanhang.

Figur 14. Illustrationsbild för Microsoft Hololens

Microsoft Hololens är ett par smarta glasögon med transparenta glas. Tanken är att när man tar på sig dessa glasögon ska man kunna se tillverkningsritningar och 3D-modeller samtidigt som man jobbar i och med att glaset är genomskinligt. Liksom stationära datorer, använder Hololens Windows 10 vilket erbjuder kompatibilitet med olika program som redan används i verkstadsdatorerna idag. Hololens erbjuder även interaktionsmöjligheter. Med hjälp av simpla handrörelser kan användaren bläddra igenom olika tillverkningsritningar eller interagera med modellen så som det görs idag. Man kan även förstora, förminska eller vrida på 3D-modellen för att tydligare se alla mått och detaljer.

Det finns dock nackdelar med Hololens då verkstadsmiljön kan vara väldigt påfrestande på hårdvaran. Dessa glasögon är inte utförmade för industriella miljöer vilket innebär att glasögonen lätt kan gå sönder om de inte hanteras varsamt. Det kan även vara omständigt att använda glasögonen i kombination med skyddsutrustning som arbetarna måste ha, till exempel hjälm eller skyddsglasögon.

Användning av Hololens medför samma fördelar som vid användning av AR. Det vill säga att man slipper lämna sin arbetsplats för att kolla upp viktiga mått som tillverkningen baseras på.

4.2 Montage

Med hänvisning till intervjuanalys i montaget vet vi att montörer också använder 3D ritningar på byggarbetsplatsen som visualiseras med hjälp av en bärbar dator. Särskilt vid montage av mindre detaljer, t.ex fönster eller dörr urkapning, där använder man mest 3D-ritningar för att läsa ut information såsom kapnings-mått, vilket sätter kravet på en viss grad av måttnoggrannhet. Man kan säga att arbetsflödet i montaget är det samma som vid tillverkning/kvalitetskontroll. Baserat på detta arbetssätt, kan samma typer av fel som uppstår vid tidigare skeden även förekomma vid montaget.

Microsoft Hololens kan också användas under montage-skedet. Som det poängterades i avsnittet innan, kan det vara väldigt flexibelt för arbetare att använda glasögonen då de möjliggör konstant visualisering av 3D-modeller eller ritningar. Det är även bra att man har möjlighet till att interagera med modellerna för att förtydliga informationen som visualiseras.

När montagearbetet inleds, börjar man med utsättning av pelare där utsättningsritningar används. Dessa ritningar kan lätt visualiseras i Hololens vilket skulle förenkla identifieringen av stålet och den position som det ska monteras på. I samband med mer krävande arbeten som kräver stor fokus på mått kan montören ha ritningen framför sig hela tiden samtidigt som den jobbar med till exempel fönsterurkapningar. Friheten att hela tiden kunna validera sitt arbete med ritningar och 3D-modeller kan ha en stor inverkan på montörernas arbetsflöde.

5 Diskussion

Virtuell verklighet har mycket bra förutsättningar för att slå igenom i olika branscher. För att undersöka hur stor nytta denna teknologi kan medföra måste man först och främst identifiera vilka områden som bör förbättras.

För att besvara frågan, om det går att använda virtuell verklighet i samband med montage av stålhallar samt tillverkning av stålkomponenter, finns det många faktorer som måste tas hänsyn till. Det har konstaterats att det finns ett mycket stort utrymme för utveckling av teknologin, vilket innebär att idag fungerar den bristfälligt. Om man bortser från alla brister kan man definitivt se hur en dator i form av ett par glasögon kan optimera arbetsprocesser inom montage. Från intervjumaterialet upptäckte vi att de svåraste momenten inom montage är de som kräver hög precision. Till exempel när man gör urkapning för fönster i prefabricerade fasadelement måste man först och främst märka ut var urkapningen måste göras. I ett sådant arbete kan man tänka sig att ett par glasögon som Microsofts Hololens skulle kunna vara ett mycket hjälpsamt verktyg. Om man antar att positioneringstekniken fungerar tillfredställande skulle Hololens kunna vara kapabelt till att först beräkna den aktuella positionen i det verkliga rummet. Glasögonen ska då kunna omvandla och lägga in dessa koordinater i en virtuell miljö där man har en 3D-modell för byggnaden som man jobbar på. Utifrån de virtuella koordinaterna, ska urkapningen med alla aktuella mått visualiseras när glasögonen är riktade mot den position på fasadelementet där fönstret är placerat. Detta skulle innebära en stor förbättring i montörens arbetsflöde. Personen skulle ha möjlighet till att arbeta kontinuerligt och aldrig behöva släppa sina verktyg för att titta på ritningar.

I samband med utsättningsarbetet av pelare, kan man också spekulera om möjlig användning av MR-glasögon. Där skulle man kunna använda glasögonen för att visualisera den färdiga stommen. Den visuella informationen skulle även kunna kopplas till montörernas tidsplan för att hela tiden påminna dem om montageskedets förlopp. För att detta ska fungera, utöver mer avancerat positioneringssystem, krävs ett renderingssystem som klarar av att rendera större och mer detaljerade 3D-modeller än vad som kan uppnås idag.

Om det skulle uppstå ett fel vid montaget som kräver en justering av byggdelarna, kan man också tänka sig att MR-glasögon kan vara ett bra verktyg. För att rapportera felet och hitta en lämplig åtgärd kan en montör som befinner sig på byggarbetsplatsen och en konstruktör som sitter i sitt kontor lätt ha en dialog om det aktuella felet. Tanken är att båda ska bära glasögonen som är kopplade till varandra. De är kopplade på sådant sätt som möjliggör visualisering av samma information där gester används för att navigera fram i 3D-modellen.

Ett sådant sätt att använda MR-glasögon på skulle möjliggöra en mycket effektiv samordning av montagearbetet.

Som tidigare beskrevs, ska den virtuella miljön sammanfogas med den riktiga med hjälp av positioneringssystemet som har mycket högre precision än vad som kan uppnås idag. Då den tekniska förutsättningen inte kan uppfyllas med dagens teknologi måste kompromisser göras.

Dessa kompromisser påverkar omfattningen av integration av verklig miljö och virtuell miljö.

Med detta i åtanke, kan man konstatera att Hololens skulle kunna användas idag på montaget,

dock med mycket mer begränsad funktionalitet. Med hänvisning till tidigare avsnitt finns möjligheten idag att visualisera både 2D- och 3D-information i den transparenta displayen i form av svävande fönster som alltid behåller sin position oavsett glasögonens riktning.

Det finns en viktig fråga kring användning av MR med dagens teknik i samband med montagearbeten. Hur stor nytta skulle tekniken medföra och är den värd att investera i så som det ser ut idag? För att besvara denna fråga så korrekt som möjligt måste personalen som jobbar inom montage få prova teknologin. Man måste identifiera individuella användningsupplevelser, om tekniken faktiskt bidrar till en mer effektiv arbetsgång eller om det bara blir ännu ett verktyg som finns tillgängligt för montörer att använda. Personligen, ser vi ett starkt behov av vidareutveckling av MR för att den ska vara värd att investera i. Vi anser det inte vara värt att använda Hololens på montaget med hänvisning till förslaget som lades fram. Detta på grund av förhållandet mellan den begränsade funktionaliteten och priset på hårdvaran. Det finns andra, mer pålitliga och framför all billigare sätt för en montör att kunna ha 2D- och 3D-handlingarna mer lättillgängliga, till exempel handhållna displayer och surfplattor.

Det är som regel lättare att implementera en ny teknologi i en kontrollerad miljö. Verkstaden på Northpower Stålhallar AB betraktas som väldigt bra miljö för att prova nya verktyg som AR eller MR. Som det skrevs i tidigare avsnitt finns det flera sätt att förbättra svetsarnas arbetsflöde med mål att effektivisera tillverkningsprocessen och minska risk för att misstolkningar och slarv inte ska återspeglas på montage. Med hjälp av virtuell verklighet, antingen i form av AR eller MR, går det att undvika användning av datorer i verkstaden. Att svetsare har möjlighet att utgå ifrån 3D-modeller är mycket bra, då de verkligen får se hur slutprodukten ska bli. Det som är mindre bra är faktumet att de måste släppa sina verktyg mitt i arbetet för att kolla vad nästa steg i tillverkningen är. Detta avbrott ser vi som källan till att slarvfel uppstår.

Förslaget på hur man kan använda AR i samband med tillverkning syftar till att eliminera alla fel som orsakas på grund av nedsatt uppfattning av produkten som tillverkas. Systemet är väldigt portabelt och lätt att använda samtidigt som det tillåter svetsaren att arbeta kontinuerligt. För att få det att fungera krävs en viss anpassning av arbetsstationen och det finns flera sätt på hur man kan göra detta. Metoden som vi presenterade riktar sig mot att visualisera fullskaliga 3D-modeller eller delar av dem vid sidan om stålet som det arbetas på.

Man kan välja mellan AR-enheter i form av glasögon eller en bärbar display där båda har för och nackdelar.

Arbetsmiljön i verkstaden är väldigt krävande och sätter vissa krav på AR-enhetens robusthet.

Då hårdvaran är relativt dyr kräver den en varsam hantering med tydliga anvisningar på hur och när den ska användas. Det kan även vara ett hinder för användning för annan skyddsutrustning vilket även gäller för arbeten inom montage.

Man kan konstatera att användning av virtuell verklighet kan funka i samband tillverkning där den medför vissa förbättringar i arbetsflödet. Det måste understrykas att tekniken är långt ifrån sin slutgiltiga form och är under ständig utveckling vilket leder till nästa fråga: är det värt att investera i den nu och finns det andra användningsområden? Här måste det påpekas att virtuell verklighet i form av MR kan ha väldigt stora fördelar inom framför allt montage.

Detta är dock en framtidsvision då tekniken inte är tillräckligt utvecklad för att leva upp till sin fulla potential. Om man vill undersöka om virtuell verklighet har en nytta idag rekommenderar vi att man fokuserar på MR. Denna form av virtuell verklighet har den största potentialen att infiltrera byggbranschen på produktionssidan. Det är även bra att börja

använda teknologin i den kontrollerade miljön för att senare användas på montaget då principerna på hur det kan användas idag och hur det kan användas i framtiden är väldigt lika.

6 Slutsats

Frågan är inte om, utan när virtuell verklighet kommer att slå igenom i byggbranschen. Som det ser ut idag finns det ett stort utrymme för teknologin inom branschen där det redan används till en viss del inom projektering och försäljning. För att teknologin ska leva upp till sin potential måste ett antal funktioner förbättras, framför allt positionsbestämning. Detta är en förutsättning för att på ett effektivt sätt ta hjälp av virtuell verklighet inom produktion och tillverkning där mm-precision gäller i alla omständigheter.

I detta arbete låg ett stort fokus på arbetsprocesser på Northpower Stålhallar AB. Vi identifierade vissa moment i arbetsflödet där man redan idag kan ta hjälp av virtuell verklighet för att förbättra arbetsförhållanden för de anställda och minimera risken för tillverkningsfel av stålkomponenter.

Svaret på frågan om det går att använda virtuell verklighet inom montage och produktion är inte så konkret som man hade önskat. I detta arbete har det presenterats förslag på hur arbetare kan ta hjälp av AR- eller MR-enheter. Problemet är att teknologin fortfarande är under utveckling där förbättrade funktioner söks ständigt. Vi anser att det krävs en viss grad av mognad hos teknologin för att den ska vara värd att investera i, något som inte riktigt finns idag. Det är inte bara viktigt att tekniken funkar bättre än vad den gör idag utan även att den ska integreras på ett bra sätt med arbetarnas skyddsutrustning.

Microsoft Hololens är en revolutionerande enhet som har tagit Mixed reality till en helt ny nivå mot vad som tidigare varit fascinerande med Augmented reality. Dock är enheten fortfarande en prototyp som har en bit att gå för att nå rampljuset. För att tekniken ska utvecklas mot byggbranschen krävs det ett bra samarbete mellan de som utvecklar den och de som eventuellt kommer att använda den. Det är en av de viktigaste uppgifterna hos de som vill utveckla en attraktiv produkt som ska vara robust, pålitlig och flexibel.

7 Referenser

Almagor, A. 2016, Mixed reality for the AEC industry [Online]

Availiable at: http://mep.trimble.com/extensions/articles/mixed-reality-for-aec-industry Integrated Manufacturing. Advanced Materials Research, Volym 628, E-ISSN: 1662-8985, pp.

330-336.

Byggindustrin. Digitalisering är inte längre ett sidospår [Online]

Available at: http://byggindustrin.se/blogg/digitalisering-ar-inte-langre-ett-sidospar-23596#

Choika, 2015, What is Motion-To-Photon latency? [Online]

Avaliable at: http://www.chioka.in/what-is-motion-to-photon-latency/

Constructech, 2012. Augmented Reality in Construction. [Online]

Available at: http://www.constructech.com/news/articles/article.aspx?article_id=9231.

D. Allen, 2016. The Fundamental of User Experience In Virtual Reality [Online]

Available at: http://www.blockinterval.com/project-updates/2015/10/15/user-experience-in-virtual-reality

Forbes. How Virtual Reality Will Impact Businesses In The Next Five Years [Online]

Available at: http://www.forbes.com/sites/forbestechcouncil/2016/07/22/how-virtual-reality-will-impact-businesses-in-the-next-five-years/#ec391a025083

G. Klein, 2006. Visual Tracking for Augmneted Reality. University of Cambridge, Department of Engineering

Henrysson, A., 2007. Bringing Augmented Reality to Mobile Phones, Norrköping:

Department of Science and Technology Linköpings universitet.

L.Nohrstedt, 2016, Ny Teknik, NCC och Skanska kör med virtual reality vid byggen [Online]

Available at:

Available at: https://www.ncc.se/vart-erbjudande/kunderbjudande/digitalt-byggande/

Olwal, A., 2009. An Introduction to Augmented Reality, Stockholm: KTH.

OpenBIM, 2010. Introduktion till BIM. [Online]

Available at:

http://www.openbim.se/documents/OpenBIM/Malm%C3%B6_Maj_2010/Introduktion_till_B IM.pdf

Road to VR, 2014, Overview of positional tracking technologies for virtual reality [Online]

Available at: http://www.roadtovr.com/overview-of-positional-tracking-technologies-virtual-reality/

Shin, D. H. & Dunston, P. S., 2010. Technology development needs for advancing Augmented Realitybased inspection. Automation in Construction, Volym 19, pp. 169-182.

Siltanen, S., 2012. Theory and applications of marker-based augmented reality, Espoo: VTT.

SUTHERLAND, I. E. The ultimate display. In Proceedings of IFIP Congress (New York City, NY, May 1965), vol. 2, pp. 506–508

T. Mazuryk & M. Gervautz, 1996. Virtual Reality, history of VR, applications of VR, technology of VR, future of VR. Institute of Computer Graphics and Algorithms, Vienna University of Technology

Understanding Virtual Reality: Interface, Application, and Design William T. Sherman, Alan B. Craig

Virtual Reality Society, 2016, What is Virtual Reality? [Online]

Available at: http://www.vrs.org.uk/virtual-reality/what-is-virtual-reality.html VR Geeks, 2016, Det här är VR - Virtual Reality [Online]

Avaliable at: http://vrgeeks.se/det-har-ar-vr-virtual-reality/

Wang, X., 2006. Using Augmented Reality to Plan Virtual Construction Worksite, Sydney NSW: Advanced Robotic Systems International.

Weidenhausen, J., Knoepfle, C. & Stricker, D., 2003. Lessons learned on the way to industrial augmented reality applications, a retrospective on ARVIKA. Computers & Graphics, Volym 27, pp. 887-891.

XinReality, 2016, Tracking Volume [Online]

Available at: https://xinreality.com/wiki/Tracking_volume

Xu, K., Chia, K. W. & Cheok, A. D., 2007. Real-time camera tracking for marker-less and unprepared augmented reality environments. Image and Vision Computing, 2 augusti, pp.

673-689.

X. Wang & P. S. Dunston, 2008, A User-centered taxonomy for specifying mixed reality systems for AEC industry, The University of New South Wales, Australia

Figurreferenser:

Figur 1: Olika koordinater och orienteringsvinklar för 6DOF

avaliable at: https://www.qualcomm.com/news/onq/2016/08/11/device-motion-tracking-immersive-vr-freedom-wires

Figur 2: Markörspårning med hjälp av kamera och markören avaliable at: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2012/S3.pdf Figur 3: 3D - modell i en AR-enhet

avaliable at: http://www.architectmagazine.com/technology/products/three-augmented-and-virtual-reality-apps-for-design-and-construction_o

Figur 4: Optiskt transparent displayer

Olwal, A., 2009. An Introduction to Augmented Reality, Stockholm: KTH.

Figur 5: Videobaserade displayer

Olwal, A., 2009. An Introduction to Augmented Reality, Stockholm: KTH.

Figur 6: Virtuella tillstånd inom mixed reality

available at: https://cumincad.architexturez.net/system/files/pdf/ijac20097207.pdf

Figur 7: Visualiseringsbild som man ser genom en smart glasögon med teknik mixed reality avaliable at: https://ispr.info/2012/07/02/canons-mixed-reality-system-allows-virtual-prototypes-to-replace-physical-ones/

Figur 8: 3D-modell för en stålpelare som Northpower Stålhallar AB använder. (från Northpower Stålhallar AB)

Figur 9: 3D-modellen av en balks änd. (från Northpower Stålhallar AB) Figur 10: En bild över verkstad i Northpower Stålhallar AB. (egna bild) Figur 11: En bild över arbetsstation som med två stöd. (egna bild) Figur 12: Augmented reality i en mobiltelefon

avaliable at: http://www.tiseno.com/function-mobile-application-technologies-augmented-reality.html

Figur 13: Två balkar som ligger på arbetsstationen och redo för tillverkning. (egna bild) Figur 14: Illustrationsbild för Microsoft Hololens

avaliable at: http://techliveinfo.com/wp-content/uploads/2015/05/Microsoft-HoloLens-Device-with-Windows-10.jpg

Intervjukandidater:

Dan Jonsson, Ägare & Projektledare & Konstruktör, Northpower Stålhallar AB (Intervju, 14 dec 2016)

Ibrahim Ustun, Verkstadschef, Northpower Stålhallar AB (Intervju, 14 dec 2016) Per Hjaldahl, Utvecklingschef, Wec 360° (Intervju, 21 dec 2016)

Oskar Hermansson, Montör, Northpower Stålhallar AB (Intervju, 23 dec 2016) Stefan Öberg, Lantmäteriet (Skype möte, 19 Jan 2017)

Milan Horemuz, Universitetslektor i Geodesi o Satellitposition, KTH (Intervju, 23 Jan 2017) Björn Thuresson, Project manager VIC Studio, KTH (Intervju, 23 Jan 2017)