KTH Byggteknik och design
Användning av Virtuell verklighet inom produktion
En utredning av möjligheten för användning av virtuell verklighet inom tillverkning, kontroll och montage av stålhallar.
Författare: Dmitriy Goncharov
Yinping Liang
Uppdragsgivare: Northpower Stålhallar AB
Handledare: Daniel Hällqvist, Northpower Stålhallar AB
Ahmad Reza Roozbeh, KTH
Examinator: Per Roald, KTH
Examensarbete: 15 högskolepoäng, Byggteknik och design
Serienummer: BD 2016; 73
Godkännandedatum: 2017-09-22
Förord
Detta examensarbete har skrivits i samband med avslut av den treåriga utbildningen på KTH, Byggteknik och Design. Initialt var tanken med denna studie att undersöka hur VV (Virtuell verklighet) kan användas i samband med montage av stålhallar som Northpower Stålhallar AB projekterar, tillverkar, producerar och monterar. Efter en genomförd litteraturstudie visade det sig att teknologin är för tidigt i sitt utvecklingsstadium för att användas på ett fördelaktigt sätt. Därför utökades frågan till produktion och montage. Teknologin kommer att slå igenom i byggbranschen förr eller senare, därför har det varit spännande att på något sätt vara en del av den utvecklingen och kunna bidra med denna rapport.
Ett stort tack går till våra handledare, Ahmad Reza Roozbeh på KTH samt Daniel Hällqvist på Northpower Stålhallar AB för att alltid erbjudit stöd, väglett genom dimman och hjälpt till att inspirera utvecklingen av detta arbete.
Tack till vår examinator, Per Roald för din öppenhet gällande detta ämne och för att du funnits där när din feedback behövdes.
Sist men inte minst vill vi tacka alla som ställt upp på intervjuer och samtal kring detta ämne och delat med er av er kunskap och erfarenheter. Utan er hade inte denna studie varit möjlig att genomföra under den korta perioden.
Stockholm, feb 2017
Sammanfattning
Virtuell verklighet är ett samlingsnamn som innefattar teknologi för Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) och Mixed Reality (MR). VR har redan etablerat sig i spelindustrin samtidigt som AR är på gång att ta del av den.
I detta arbete undersöks möjligheten av att använda virtuell verklighet i samband med produktion och montage av stålhallar. I detta sammanhang, används begreppet produktion som ett samlingsnamn för arbeten inom tillverkning av stålkomponenter.
För att se vilka möjligheter virtuell verklighet kan ha i samband med ovanstående moment krävs en förförståelse för hur aktuella arbetsprocesser går till. Intervjuer hölls med personal från Northpower Stålhallar AB för att få en inblick i hur de arbetar vid tillverkning av stålkomponenter och vidare i montageskedet. Det är även av högsta vikt att presentera begränsningarna med tekniken bakom virtuell verklighet. Därav gjordes en litteraturstudie för att belysa hur tekniken fungerar och vilka begränsningar den har idag. Detta redovisas i resultatet.
I analysdelen av denna rapport dras en parallell mellan arbetsprocesserna på Northpower Stålhallar AB och på vilket sätt virtuell verklighet kan användas i samband med dessa. Med hänsyn till bristfällande funktionsmöjligheter hos dagens VV-enheter, skapades två förslag på hur man skulle kunna använda virtuell verklighet och vilken inverkan det skulle ha på arbetsflödet.
Trots att möjligheten för användning av virtuell verklighet finns måste hänsyn tas till teknikens begränsningar. Idag är teknologin bristfällig, men utvecklingen går framåt vilket innebär att frågan kommer att bli mer aktuell i framtiden.
Abstract
Virtual Reality is an umbrella term that encompasses the three terms Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) and Mixed Reality (MR) technologies. VR has already established itself in the gaming industry whilst AR is on its way in the same direction.
This study examines the possibility of using virtual reality in connection with the production and assembly of steel halls. In this context, production means the manufacture of steel components.
In order to realize the possibilities of virtual reality in the field of production and manufacture of steel halls, one should define the working procedures involved. Interviews have been conducted with the staff from Northpower Stålhallar AB in order to build an understanding on how they manufacture steel components, which later will be sent to the assemblage.
Furthermore, it is important to understand the limits with the technology behind virtual reality.
Therefore, has a literature study been made in order to clarify how the technology works and the limitations it has today. This will be presented in the results of this paper.
Flaws in the working procedures are identified and how these could be resolved with the help of virtual reality is presented in the analysis. With respect to limitations in functionality of VR-hardware at this time, two concepts were made regarding the usage of virtual reality in order to counteract these flaws in the production and assembly.
Despite the real possibilities of usage of virtual reality, one should be aware of the limitations of today's technology. It is still in the development process and better solutions are yet to come. The possibilities of virtual reality will be greater in the future; therefore, the question of usage of virtual reality will become more relevant.
Begreppsförklaring
AR - Augmented reality
a- mått - Mått för svetsning
BIM - Building Information Modeling
GPS - Global Positioning System
HCI - Human-computer interface
HMD - Head-mounted display
Hz - Hertz
K-handlingar - Konstruktionshandlingar
Mm - Millimeter
MR - Mixed reality
QR-KOD - Quick Response- Kod
VV - Virtuell verklighet (Samlingsnamn för VR, AR och MR)
VR - Virtual reality
VDC - Virtual Design and Construction
2D/3D - Två Dimensionering / Tre Dimensionering
6DOF - Six degrees of freedom
Innehållsförteckning
Förord ... 2
Sammanfattning ... 3
Abstract ... 4
Begreppsförklaring ... 5
Innehållsförteckning ... 6
1 Introduktion ... 7
1.1 Bakgrund ... 7
1.2 Syfte ... 8
1.3 Nulägesbeskrivning ... 8
1.4 Avgränsningar ... 8
1.5 Förväntat resultat ... 9
2 Metod... 10
2.1 Litteraturstudie ... 10
2.2 Intervjuer ... 10
3. Resultat ... 11
3.1 Litteraturgranskning ... 11
3.1.1 Virtual Reality ... 11
3.1.2 Augmented Reality ... 14
3.1.3 Mixed Reality ... 17
3.1.4 Produkter ... 18
3.2 Intervju ... 19
3.2.1 Projektering och produktion ... 19
3.2.2 Montage ... 22
3.2.3 Utveckling ... 22
4 Analys ... 24
4.1 Tillverkning/Kvalitetskontroll ... 24
4.1.1 Förstärkt verklighet ... 24
4.1.2 Mixed Reality ... 26
4.2 Montage ... 26
5 Diskussion ... 28
6 Slutsats ... 30
7 Referenser ... 31
Figurreferenser: ... 33
Intervjukandidater: ... 34
1 Introduktion
I dagens globala marknad är innovation nyckeln till konkurrenskraftig utveckling. Att på ett effektivt sätt applicera nya teknologier ger möjligheten till att utmana de konventionella metoderna inom byggbranschen och därmed stå ut från mängden (Bondrea & Petruse 2013).
Det pågår en ständig effektivisering av alla processer som har en anknytning till byggprojektets planering, funktion och ekonomi. Då mjuk- och hårdvara som används är under ständig utveckling och därmed klarar av större mängd av informationshantering per tidsenhet är det uppenbart att byggföretag väljer att röra sig från det traditionella 2D systemet till det mer informationsrika, dock mer krävande BIM-systemet (OpenBIM, 2010).
Building information model(ling) (BIM) är ett system som representerar inte enbart den fysiska miljön som tidigare visualiserades med enbart 2D- och 3D-ritningar men även den dolda informationen som gömmer sig bakom t.ex varje balk eller pelare. Parametrar som visualisering av tidplanen, samordning av arbetsinsatser, kollisionskontroll och mängdavtagning är bara en del av funktioner som BIM möjliggör. Denna metodik blir mer och mer central i branschen då den innefattar arbetsprocesser kopplade till modellen och dennes utförande med potential att styra den konservativa arbetsgången inom byggbranschen mot ett mer innovativt och framför allt effektivt stadium (OpenBIM, 2010).
Digitalisering har förändrat bransch efter bransch tack vare IT-världens framsteg inom både hård- och mjukvaruutveckling. Dock ser läget annorlunda ut i byggbranschen då man anser att den digitala utvecklingen kommer att öka mer och mer i framtiden (Emelie Hamon, Byggindustrin 2016).
1.1 Bakgrund
Att fel uppstår i samband med produktion av det projekterade byggnadsverket är svårt att räkna bort, speciellt när ett större antal aktörer är inblandade och flera olika verktyg används.
Detta lägger en stor vikt på framtagning av processer och metoder som tillåter kommunikationen att flöda mer konkret mellan parterna. Även uppfattning är av stor vikt i detta sammanhang då det oftast inte är självklart vilka komplikationer en modell visualiserar.
Det är helt enkelt upp till betraktarens förmåga att tolka den presenterade informationen på rätt sätt.
I skrivande stund finns en teknologi som är kapabel till att simulera sensoriska upplevelser som innefattas främst av syn och hörsel. Denna teknologi kallas för Virtual Reality (VR) och kan på ett effektivt sätt ge användaren en 1:1 återspegling av en virtuell byggnad som höjer uppfattningen om modellens natur. Augmented Reality (AR) är en liknande teknik som möjliggör en direkt integration av det virtuella in i det fysiska. VR/AR-teknologin har på ett effektivt sätt etablerat sig i spelindustrin och underhållningsmarknaden och det är givet att det ligger stora ambitioner i att utöka till andra marknader.
Inom byggbranschen har VR börjat lämna sina avtryck där det tillämpas i syfte att visualisera den färdiga produkten, t.ex. en lägenhet, villa eller en kraftanläggning. Man har möjlighet till att i “verklig tid” interagera med 3D-kroppar på ett sådant sätt som samspelar med kroppens sensoriska funktioner, allt detta i den naturliga skalan 1:1 vilket är den största fördelen med
VR. Med andra ord kan man i en virtuell miljö använda kroppens egna rörelser för att navigera i den virtuella miljön så som man gör i verkliga livet.
Företag som NCC, JM och Skanska är redan igång med digitalisering och digitalt byggande som utnyttjar VR-teknologin. Virtuella modeller används för att redovisa den färdiga byggnaden för beställare och kunder innan det första spadtaget är gjort och flera pilotprojekt finns registrerade, bland annat SCA-huset i Mölndal. Dock är det inte fastställt än hur virtuell verklighet kan bidra till en positiv utveckling inom produktionen.
1.2 Syfte
Syftet med denna studie är att inventera möjligheterna av användning av virtuell verklighet i samband med produktion/kvalitetskontroll av stålkomponenter och vidare i montageprocessen.
Det är även nödvändigt att identifiera nack- respektive fördelar med teknologin. Koncept kommer att presenteras för att ge exempel på hur teknologin skulle kunna användas i samband med tillverkning av stomelement till stålhallar och hur dessa kan valideras för att minska fel som leder till materialspill och tidslöseri.
Förhoppningsvis kommer denna rapport att belysa vilken potential teknologin har för att effektivisera arbeten i samband med tillverkning, kvalitetskontroll och montage av stålhallar.
Mjukvaruutvecklare är nyckelpersoner när det kommer till att implementera nya teknologier inom olika branscher. Då dessa personer har oftast mycket begränsad insikt i vilka krav som ställs på en eventuell produkt är det vår uppgift som byggingenjörer att specificera våra krav på teknologin och dess funktion.
1.3 Nulägesbeskrivning
Northpower Stålhallar AB är ett företag som projekterar, tillverkar, bygger och monterar stålhallar. Företaget grundades av Niklas Granström och Dan Jonsson som båda har rötterna i norra Sverige. Därav namnet Northpower som symboliserar den stolta norrländska arbetskraften som är stark, lojal och pålitlig.
Northpower Stålhallar AB har en egen fabrik som möjliggör tillverkning av sina egna stomelement som efter validering fraktas vidare till byggplatsen där de monteras ihop. Detta möjliggör ett starkt samspel mellan projektering och produktion. Programmet som används för modellering heter Sketchup och är ett 3D-modelleringsprogram. Programmet har en stor anknytning till både de som projekterar men även de som tillverkar stålkomponenterna då de utgår direkt från 3D-modellerna som visualiseras med hjälp av en dator. Detta kräver en viss kompetensnivå hos arbetare, att hantera programmet på sådant sätt som möjliggör en tydlig avläsning av det som ska tillverkas.
1.4 Avgränsningar
VV-teknologins funktioner har inventerats och avgränsats till att studera det som kan vara gynnsamt för monteringsprocessen. Begrepp och definitioner kopplade till VR/AR har definierats på en generell nivå för att ge en grundläggande förförståelse för teknologin och
dess förutsättningar för att uppfylla de tekniska kraven som är kopplade till användargynsamheten. Dessa begrepp kommer att presenteras i rapportens resultat.
Undersökningen av hur VV används idag har avgränsats till byggföretag vars verksamhet kan associeras med Northpower Stålhallar AB. Frågeställningen kring VV kommer att definieras med hjälp av intervjuresultaten som redovisas i punkt 3.2 och kommer användas för att fastställa vilka moment som är av intresse ur användarperspektivet.
1.5 Förväntat resultat
Att undersöka möjligheten av att applicera dagens VV-teknologi inom produktion och kvalitetskontroll av stålkomponenter, samt montage av stålhallar. Illustrera exempel på hur VV kan vara gynnsamt i samband med ovanstående moment samt understryka vilka brister systemet har idag om det ska vara ett effektivt verktyg.
2 Metod
För att kartlägga användningen av VR/AR-system i dagens byggbransch med avseende på produktion och montage kommer en kvalitativ studie med intervjuer, bakgrundsforskning och litteratur att genomföras. Det är av högsta vikt att ge läsaren en insikt i vilka faktorer hos VV som kan vara avgörande för bedömning av hur användbar teknologin är idag.
2.1 Litteraturstudie
Här kommer den bakomliggande principen för VR, AR och MR att studeras. Detta för att få en uppfattning av hur teknologin fungerar, vilka begränsningar den har och framför allt vilken potential den kan ha för användning inom byggbranschen.
2.2 Intervjuer
En intervjustudie kommer att genomföras för att kartlägga vilka krav som kan ställas på VV- teknologi. Kandidaterna för intervju kommer att vara ur tre kategorier. Den första kategorin är användare, dvs de aktörer som kommer direkt att använda teknologin i samband med deras arbetsuppgifter. Det är av högsta vikt att identifiera moment i deras arbete där VV-skulle kunna vara ett gynnsamt verktyg.
Den andra kategorin kommer att innefatta aktörer som idag använder någon form av VV inom byggbranschen. Målet är att skapa en uppfattning av vilken roll teknologin har idag inom byggbranschen och hur den har förändrat förutsättningarna för arbetsmoment som tidigare utfördes utan VV.
Den tredje kategorin innefattar personer inom den akademiska världen som arbetar med någon form av utveckling av VV. Anledningen till varför dessa personer är av intresse är för att se deras perspektiv på hur stor chans teknologin har för att etablera sig inom byggbranschen. Då dessa personer står mycket närmare utvecklingen av själva teknologin är det viktigt att definiera vilka krav som kan ställas från perspektivet av en byggingenjör.
3. Resultat
VDC, att projektera och sammanställa den framtida byggnationen i 3D innan bygget sätts igång i verkligheten är ett koncept som har visat lovande resultat i projekteringsskedet.
Genom att i större omfattning använda 3D gentemot 2D har detaljnivån och noggrannheten höjts, vilket innebär att ingenjörer kan förlita sig mer och mer på den virtuella världen i projekteringsskedet. (NCC, 2008–2017) Dock sätts vissa förutsättningar på hur individen uppfattar den virtuella miljön och all information som den presenterar.
Virtuell (VR), förstärkt (AR) och blandad (MR) verklighet är tre koncept som tillhör samma familj (VV). Det vill säga visualisering av den digitala miljön som höjer individens uppfattning och förståelse av den digitala informationen som presenteras. (VRS, 2016) Detta sker genom att konvertera visuell information hämtad från 3D- eller BIM-program för att sedan visualisera den med hjälp av HMD i skala 1:1 (VR) eller låta så kallade markörer, som kan likna en QR-kod, aktivera virtuella detaljer som kan visualiseras med så lite som en smartphone (AR). Dessa teknologier är visualiseringens nästa naturliga utvecklingssteg som höjer uppfattningen av 3D-information till sin fulla potential.
3.1 Litteraturgranskning
Detta kapitel innefattar en teknisk beskrivning av VR, AR och MR på ett grundläggande och lättbegripligt sätt för att ge läsaren en uppfattning om vilka möjligheter teknologin kan medföra. Informationen som presenteras har valts ut och samtlats in främst från tekniska rapporter men även andra källor som belyser tekniken och möjligheterna bakom VV.
3.1.1 Virtual Reality
Konceptet för VR som vi känner till idag, det vill säga HMD, började utvecklas i slutet av 60- talet av Ivan Sutherland. (SUTHERLAND, I. E. The ultimate display) Knappt femtio år senare har tekniken nått nya höjder där produkten är tillgänglig för alla konsumenter. Denna kommersialisering innebär att privatpersoner med rätt kompetens har möjlighet till att utveckla nya sätt att använda tekniken på och det är precis det som händer idag.
Spel- och underhållningsindustrin har ett stort intresse inom VR då de får chansen att överraska massorna med teknologins möjligheter i samband med sina egna tjänster i form av spel eller filmtjänster. Denna utveckling har stimulerat en ny rörelse bland ingenjörer och mjukvaruutvecklare som fokuserar på att hitta nya nischer där VR kan utnyttjas. (Forbes, 2016)
Inom byggindustrin används VR flitigt i samband med visualisering, ett område som riktar sig främst mot arkitekter men även i samband med planering inom VDC. (NCC) Denna användning innebär att nu kan man utnyttja 3D till sitt fullo. Förklaringen till varför en ny dimension har lagts till med hjälp av VR har helt och hållet att göra med vilket visualiseringssätt som används. Trots att majoriteten jobbar med 3D-modellering och har gjort så en lång tid, har begränsningarna alltid legat i att dataskärmar visualiserar 3D-objekt i 2D-
perspektivet och det är denna begränsning som elimineras med hjälp av VR och HMD.
(William T. Sherman,Alan B. Craig)
3.1.1.1 Att använda VR
Ett HMD är en typ av display som istället för att vara stationär så som våra datorskärmar, bärs av användaren. Detta innebär att den fysiska verkligheten kan uteslutas, en egenskap som höjer användarens uppfattning av den information som visualiseras. (Daniel Allen, 2015) Den egenskap som upplevs starkast är faktumet att när användaren befinner sig i den virtuella miljön, upplevs allt som visualiseras i skala 1:1, det vill säga exakt som i den fysiska miljön.
Detta gör så att användaren har mycket lättare att begripa informationen som presenteras och associera 3D-modellen med den slutgiltiga produkten. (Linda Nohrstedt, Nyteknik, 2015) För att ge ett exempel på hur VR upplevs kan man föreställa sig att man ser en byggnad framför sig. Ju närmare man kommer till den byggnaden desto större upplevs den. Denna enkla princip på hur fysiska objekt uppfattas av användaren beroende på dennes position är även en förutsättning i den virtuella miljön. Det ställer ett krav på att ett HMD utöver att visualisera måste även kunna känna av impulser från den fysiska världen, som till exempel rörelse. (Geeks Publishing AB, 2016)
Att interagera i en virtuell miljö förutsätter att ett HMD som används ska inte bara kunna visualisera, utan även lokalisera den aktuella destinationen. Detta för att positionsförändring är direkt kopplad till grafisk förändring. (Geeks Publishing AB, 2016)
3.1.1.2 Position och orientering
För att VR ska uppfylla sin funktion, krävs det att position och orientering av användarens huvud ska registreras. Som det nämndes ovan är positionsbestämning av ett HMD en central funktion som är avgörande för hur stor funktionalitet VR kan ha inom byggbranschen. (Road to VR, 2014)
6DOF som står för “six degrees of freedom” innebär att positionen av ett HMD i förhållande till 3D-objektet definieras med hjälp av koordinater (x, y, z) och orienteringsvinklar (yaw, pitch, roll) (Siltanen, 2012). Varje Tracker, vars funktion är att ta reda på HMDs position och orientering för att senare föra över informationen till den virtuella världen, måste vara kapabel till att stödja 6DOF. (Xu, et al., 2007) Generellt finns det två typer av Trackers, sådana som levererar absolut data (aktuell position- och orienteringsdata) och relativ data (förändring av position- och orienteringsdata). (Ben Lang, Road to VR, 2013)
Figur 1, Olika koordinater och orienteringsvinklar för 6DOF
Det finns olika egenskaper hos 6DOF trackers som man måste ta hänsyn till vid val av hårdvara. Dessa egenskaper är följande:
Uppdateringshastighet - definierar hur stort antal avläsningar per sekund (Hz) som görs. Ju högre uppdateringshastighet desto mjukare rörelseigenkänning. Dock krävs det att hårdvaran klarar av högre belastning av data- och processhantering. (Chioka, 2015)
Latens - En annan viktig faktor som också avgör hur stor nytta VR kan tillföra inom byggbranschen är latens. Latens definieras som fördröjning, alltså den tid som krävs för att få fram en signal eller överföra data som i det här fallet är visuell information.
Latens uppkommer av tekniska skäl, därför att utrustningen behöver tid för att reagera på inkommande signaler. Trots att latens uppkommer i form av millisekunder kan det snabbt medföra åksjuka vilket är väldigt allvarligt för användaren.(Chioka, 2015)
Noggrannhet - definieras som ett fel i avläsning av position och orientering. Oftast presenteras i form av absoluta värden (mm för position och grader(°) för orientering) Ju mindre värdet är desto noggrannare är den aktuella positionen. (Ben Lang, 2016)
Upplösning - högre upplösning innebär att mindre förändringar i position och orientering kan upptäckas. Liksom noggrannheten avläses datan i absoluta värden. (Ben Lang, 2016)
Räckvidd - inom vilken fysisk volym som en tracker kan läsa av positionen och orienteringen samtidigt som den bibehåller den givna noggrannheten och upplösningen som är tillfredsställande för att funktionalitetet inte ska försämras. (XinReality)
3.1.2 Augmented Reality
Till skillnad från VR, där användaren omsluts av den virtuella världen, använder AR en teknik som tillåter en verklig bild att integreras med en virtuell bild (Azuma 1997). Det är viktigt att nämna att AR inte är bundet till en specifik visualiseringsteknologi såsom VR är bundet till ett HMD. Det vill säga, man kan använda vilken display som helst så länge positionsbestämning kan åstadkommas.
Det finns tre grundläggande teknologier som bygger upp ett AR-system. Dessa är spårning/positionering, registrering och visualisering. Liksom i VR, det som avgör vilken information som presenteras är beroende av vilken position en display, som kan vara en portabel display eller ett HMD, har vid en given tidpunkt.
3.1.2.1 Positionsbestämning
Som det nämndes ovan, är positionsbestämning en förutsättning för att AR ska fungera. Det finns olika tekniker som utnyttjas vid spårning där visionsbaserad och GPS-/kompassbaserad är de vanligaste (Constructech, 2012). Då GPS-/kompassbaserad metod är utformad för utomhusbruk med väldigt begränsad precision kommer den inte att behandlas.
Visionsbaserad AR utnyttjar kameror kompatibla med 6DOF (Xu, et al., 2007) & (Henrysson, 2007); där sensorer placeras antingen egocentriskt eller exocentriskt. En egocentriskt placerad sensor är kopplad till kameran som är inbyggd i AR-enheten, ett exempel kan vara en mobiltelefon.
Den egocentriska sensorn känner av sin omgivning internt, inifrån AR-enheten.
Ett exocentriskt system utnyttjar istället externa sensorer som placeras på fasta positioner.
Deras uppgift är att lokalisera AR-enheten i rummet och bestämma dess position (6DOF) (Henrysson, 2007).
Kameraspårning
Det finns två typer av kameraspårningssystem där den första kallas för markörspårning. Detta sätt att identifiera positionen på använder markörer som agerar som referenspunkter (Shin &
Dunston, 2010). Markörerna utformas på sådant sätt som gör det lätt för en kamera att identifiera dem (Weidenhausen, et al., 2003), ett exempel som är lätt att relatera till är en QR- kod. Beroende på markörernas form och position i videobilden som fångas upp av kameran kan relativa koordinater tas fram. Det räcker oftas med fyra markörer, utsatta på kända punkter, för att kamerans placering ska kunna identifieras (Siltanen, 2012).
Figur 2, Markörspårning med hjälp av kamera och markör.
Den andra typen av kameraspårningssystem kallas för egenskapsspårning. I detta system används omgivningens naturliga drag som kallas för igenkänningspunkter (Weidenhausen, et al., 2003). Dessa delas in i tre kategorier: egenskapspunkter, egenskapsbeskrivningar och kanter (Siltanen, 2012). För att simpelt beskriva hur AR fungerar med tillämpning av egenskapsspårning kan man föreställa sig att man har en situationsplan, som illustrerar ett hus och en gångbana, utskriven på ett papper. Då illustrationen innehåller visuell information kan man binda en 3D-modell till den. När AR-enheten riktas med kameran mot pappret, identifieras alla gränser och egenskaper vilket möjliggör en visualisering av 3D-modellen för huset.
Figur 3, 3D – modell som visualiseras i en AR-enhet.
3.1.2.2 Displaytekniker
Det finns generellt tre metoder på hur AR-information visualiseras. Den vanligaste metoden som kommer att behandlas i detta avsnitt är Visuella displayer. Det finns olika typer av Visuella displayer som används inom AR, dessa är Optiskt transparent display och Videobaserad display (Azuma, 1997).
Optiskt transparenta displayer skapar en optisk bild av datagenererad grafik (Wang, 2006). Då
dessa enheter är transparenta krävs ingen kamera för att visualisera den verkliga miljön. För att effektivt visualisera kombinationen av verklig och virtuell miljö krävs särskilda ljusförhållanden vilket sätter krav på att arbetsplatsens belysning, där teknologin ska tillämpas, anpassas efter displayens krav på ljusförhållanden (Olwal, 2009).
För att uppnå optiskt transparent AR, används en optisk kombinator som släpper igenom den verkliga bilden samtidigt som den lägger på ett lager av den tänkta 3D-modellen. Dessa två miljöer kombineras till en gemensam bild som når användarens ögon (Olwal, 2009).
Figur 4, optiskt transparent display
Videobaserade displayer, istället för att släppa igenom den verkliga miljön, använder en kamera som filmar den verkliga miljön. Därefter kombineras videobilden tillsammans med 3D-modellen som triggas igång av en markör eller en egenskapspunkt. Denna metod möjliggör användning av bland annat mobiltelefoner, surfplattor eller handhållna skärmar för att illustrera AR-grafik. (Rekimoto 1997, Rekimoto & Nagao, 1995) i (Olwal, 2009)
Figur 5, videobaserad display
3.1.3 Mixed Reality
Mixed Reality eller MR, är den nyaste definitionen av virtuell verklighet. På sätt och vis är det en kombination av två redan kända koncept, VR och AR. Tanken bakom MR är att kunna dra nytta av den förstärkta uppfattningsförmågan som VR medför, samtidigt som att erbjuda flexibilitet som kommer från AR.
Det som skiljer MR från VR och AR är förmågan att hämta information från användarens omgivning och då på ett annorlunda sätt mot vad som används inom AR. Som det tidigare nämndes, för att trigga igång visuell information krävs det att någon form av kameraspårnings-system används. Detta innebär att det krävs att man sätter markörer i den fysiska omgivningen.
Mixed reality, till skillnad från AR, använder ett skanningssystem som ska kunna scanna av användarens omgivning. Denna avskanning kan då betraktas som en flerdimensionell markör som inte tidigare använts inom AR. Med flerdimensionell markör menas att istället för att en given punkt, till exempel en QR-kod, ska trigga igång en visuell reaktion, används istället hela datan för den avskannade omgivningen. Detta innebär att man har mer kontroll över vad som ska trigga igång digitalt innehåll.
3.1.3.1 Skillnaden mellan MR och AR
Skillnaden mellan MR och AR kan vara väldigt diffus då teknikerna har många gemensamma faktorer. Till exempel, båda teknologierna är kapabla till att blanda verklighet med datagenererat innehåll. Båda ger möjligheten att integrera med de virtuella komponenterna som blandas in. För att bäst beskriva vad MR är, kan man föreställa sig AR i en VR-enhet, alltså ett HMD med inbyggda kameror, 6DOF, spårningssystem och en transparent eller videobaserad display. Detta beskrivs mer i detalj i (X. Wang & P. S. Dunston, 2008)
Figur 6. Virtuella tillstånd inom mixed reality
Enligt (A. Almagor, 2016) finns det en stark koppling mellan AEC-industrin och utveckling av MR då teknologin riktar sig mot att effektivisera arbetsflöden i samband med design, konstruktion och drift. Något som betonas i artikeln är även förbättrad samordning då teknologin tillåter att 3D-innehåll visualiseras i flera enheter samtidigt, något som kan bidra till bättre kommunikation och insikt gällande modellen.
Figur 7. Mixed reality kan erbjuda visualisering av en modell i flera enheter samtidigt.
3.1.3.2 Utveckling
MR som ett koncept, är under ständig utveckling där företag som Microsoft samarbetar med Trimble för att utveckla en MR-enhet som de kallar för Microsoft Hololens. Denna enhet består av en transparent display som låter användaren se sin verkliga omgivning samtidigt som datorgenererat innehåll illustreras. Det finns en stor potential i hur Hololens kan användas i samband med tillverkning och montage av stålhallar. Det bör poängteras att Hololens är fortfarande en prototyp och kommer att genomgå en del förändringar innan den släpps som en färdig produkt. (A. Almagor, 2016)
3.1.4 Produkter
Oculus Rift och HTC Vive - VR headset används med en handkontroll, behöver vara kopplad till PC för att fungera.
Sony PlayStation VR
Ett VR headset som kopplas till playstation, ej trådlös.
Samsung Gear VR, Google Daydream View
Mobil VR, använder mobiltelefoner som sätts in detta headset.
Googles Project Glass
En display i form av ett par glasögon som använder AR-tekniknologi.
Microsoft Hololens
Ett par glasögon med MR- teknik som är kompatibelt med Windows 10
3.2 Intervju
I denna del kommer intervjumaterialet att presenteras. Då kandidaterna erbjöds anonymitet kommer inte materialet att presenteras ordagrant, utan skrivas om med bibehållen mening av det som sas. Kandidaterna som valdes för intervju är projektör/konstruktör, verkstadschef samt montör internt från Northpower Stålhallar AB. Andra medverkande kandidater är utvecklingschef från Wec 360°, projektledaren för visualiseringsstudion VIC på KTH, utvecklingsingenjör för GPS/GNSS-system hos lantmäteriet samt universitetslektor för geodesi och satellitposition på KTH. Intervjuer genomförda med personal från Northpower Stålhallar AB kommer att användas för analys för att koppla samman arbetsprocesserna på företaget med förslag på hur VV kan användas.
Intervjuer med kandidaterna som inte är kopplade till Northpower Stålhallar AB, behandlar områden som indirekt kopplas till olika problemområden hos användning av VV. Därför kommer de inte att presenteras i formen av löpande text utan integreras i ett senare skede av rapporten.
3.2.1 Projektering och produktion
I samband med projektering, använder Northpower 3D-modeller med 2D-ritningar integrerade i dessa. All modellering genomförs med hjälp av Sketchup, ett program som används inte enbart av projektörer och konstruktörer utan även verkstadspersonalen i samband med produktion av stålkomponenter i företagets egen fabrik. Stort fokus ligger på användning av 3D-modeller med 2D-handlingar hos Northpower Stålhallar AB då det anses att 3D- modellerna presenterar informationen på ett tydligare sätt.
Figur 8. 3D-modell för en stålpelare som Northpower Stålhallar AB tillverkar.
Figur 9. 3D-modell av en balkände.
Efter att projekteringsarbetet är färdigställt inkallas verkstadschefen till ett projektmöte. Där all information om projektet presenteras och viktiga moment som gäller vid produktionen av stålet, som ska tillverkas, gås igenom. Som tidigare nämnts, används Sketchup inte enbart av projektörer utan även av verkstadspersonal. Detta innebär att svetsare, med hjälp av datorer lokaliserade i verkstaden, utgår direkt från 3D-modeller när de ska svetsa och kapa balkar och pelare.
Verkstaden består av fem arbetsstationer där stålkomponenterna tillverkas. Där står även tre datorer som används av personalen för att ta ut mått direkt från 3D-modellen i Sketchup.
Detta tillvägagångssätt förutsätter att svetsare är noga med att läsa av alla mått från 3D- modellen korrekt för att undvika avvikelser mellan den projekterade byggdelen och den färdiga produkten.
Innan de producerade stålkomponenter kan gå vidare till montage måste de kontrolleras.
Kontrollerna sker i två skeden, först av den verkstadsansvariga som kontrollerar att alla svetsningar ser bra ut, att alla a-mått och kapningar stämmer överens med projekthandlingarna.
Slutgiltiga kontrollen utförs av en certifierad kontrollant. Med denna kontroll säkerställs det att feltillverkade komponenter inte går vidare till montageskedet då det skulle innebära betydande tids- och konstnadsförluster.
Figur 10. Verkstaden på Northpower Stålhallar AB där all tillverkning sker.
Figur 11. Arbetsstation där stålkomponenter tillverkas.
Ett stort ansvar ligger på svetsare, att de följer anvisningar från projekthandlingarna och att alla komponenter ryms inom de bestämda måttoleranserna. Dock kan det förekomma att måtten inte stämmer överens de som framgår i projekthandlingarna. Till exempel kan det hända att fästplattor svetsas fast på fel sida av pelaren eller att vissa balkars dimensioner inte stämmer överens med de längder som de ska ha.
Vid montaget kan fel förekomma på grund av att defekta eller feltillverkade delar lämnar fabriken. När felet identifieras, blir verkstadschefen kallad till montaget. Om balkens specifikationer inte ligger inom förbestämda måttolerranserna, måste ny balk beställs och tillverkas igen.
3.2.2 Montage
Arbeten med montage har vissa förutsättningar för att effektivt drivas på. En av förutsättningarna är att stomkomponenterna ska vara korrekt tillverkade, alltså att de ska stämma överens med ritningarna. Den andra förutsättningen är att k-handlingarna som montörerna utgår ifrån inte ska innehålla några fel, detta för att montagearbetet ska vara så enkelt som möjligt.
Intervjun hölls med en av montörerna på Northpower Stålhallar AB. Frågorna hade fokus på hur montörerna jobbar på bygget och vilka moment i montaget som skulle kunna utföras mer effektivt med hjälp av MR. Det kom fram att även montörerna använder 3D-modeller som de läser av med hjälp av en bärbar dator. Man kan konstatera att arbetsflödet, eftersom det är så centrerat runt arbetarnas förmåga att effektivt avläsa information, är väldigt likt tillverkningsprocessen i verkstaden.
När montagearbetet inleds, börjar man alltid med att montera upp stommen på den förgjutna plattan. Där används utsättningsritningar som består av namnsatta pelare och deras placering.
Montörer behöver då identifiera vilka byggdelar som ska monteras och var, där används det sällan datorer utan man utgår ifrån utskrivna 2D-ritningar.
Arbetet blir mer invecklat när fokus ligger på små detaljer så som urkapningar för dörrar och fönster, portomfattningar och fasadstege bland annat. Det är dessa arbeten som kräver en hög måttnoggrannhet. För att personalen ska uppnå denna precision krävs det att de kollar upp vilka mått det är som gäller för respektive arbetsuppgift och det är där de använder datorer för att läsa av 3D-modeller för att ta reda på den informationen.
3.2.3 Utveckling
Tekniken i samband med VV är väldig ny för byggbranschen, just nu har det använts mest inom arkitekturen, men det har potentialen till att användas genom hela byggprocessen. För andra branscher, framför allt inom industri, har det också stor potential för förbättring och effektivisering av arbetsprocesser och kan bli teknologiskt revolutionerande inom en snart framtid. Utvecklingschef (intervju, 21-12-2016) från Wec 360° säger:
Jag tror att om några år så kommer den här tekniken att vara involverade i hela processen. Nuförtiden har byggbranschen standardiserats och
effektiviserat byggproduktion väldigt mycket, det är likt LEGO-byggen. När man är ut på byggarbetsplatsen dock, används fortfarande 2D-ritningar och man tar reda på vart byggmaterialet ska stå. I sådana fall kan de använda t.ex Microsoft Hololens som med MR tekniken visar vart allting kommer att stå på plats samtidigt som arbetare placerar den på platsen. Efter några år tror jag att det kommer att vara involverade i hela byggprocessen.
4 Analys
Nedan följer en resultatanalys som knyter samman litteraturstudien och intervjustudien.
Tanken är att utifrån arbetsprocessen på Northpower Stålhallar AB, hitta en lösning på hur man skulle kunna ta hjälp av VV för att effektivisera arbetet.
4.1 Tillverkning/Kvalitetskontroll
Utifrån intervjuerna med Northpower Stålhallar AB vet man att verkstadsarbetare har tre datorer som befinner sig i verkstaden till sitt förfogande. Under tillverkning av stålkomponenter används dessa datorer till att läsa av 3D-modeller på sådant sätt som avbryter arbetsflödet. Detta avbrott kan resultera i att viktig information som svetsare utgår ifrån vid tillverkning lätt kan glömmas bort. Detta har en stor påverkan på svetsarnas förmåga att tillverka rätt komponenter som ligger inom tillfredsställande toleransnivåer. Om det upptäcks under montaget att vissa komponenter inte stämmer överens med projekthandlingarna kan det påverka arbetsflödet då nya justeringsarbeten tillkommer. Stål är dyrt i Sverige och leveranstider kan bidra till en försening i produktionsskedet.
Man kan konstatera att när verkstadsarbetaren lämnar sin arbetsstation för att kolla upp tillverkningsinformationen, finns det riskt för att fel uppkommer på grund av den mänskliga faktorn. För att minska risken för slarv vid tillverkning behöver arbetsflödet justeras. Detta kan ske på ett enkelt sätt genom att låta arbetarna använda handhållna displayer eller installera projektorer på lämpliga platser för att tillåta arbetaren att behålla fokus på tillverkning.
I detta avsnittet kommer två stycken koncept att presenteras för att ge förslag på hur man kan förbättra nuvarande arbetssätt med hjälp av virtuell verklighet. Dessa förslag kan bidra till att eliminera vanligt förekommande fel som har en direkt inverkan på tid och kostnad.
4.1.1 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 3D-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 Azuma, R. T., 1997. A Survey of Augmented Reality. Presence: Teleoperators and Virtual Environments 6, Volym 4, pp. 355-385.
B. Lang, Road to VR, 2013, Introduction to positional tracking and degrees of freedom [Online]
Available at: http://www.roadtovr.com/introduction-positional-tracking-degrees-freedom-dof/
Bondrea, I. & Petruse R. E., 2013. Augmented Reality - An Improvement For Computer 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:
http://www.nyteknik.se/nyheter/ncc-och-skanska-kor-med-virtual-reality-vid-byggen- 6394334
NCC, 2008–2017, Vad är VDC? [Online]
Available at: https://www.ncc.se/vart-erbjudande/kunderbjudande/digitalt-byggande/vdc-och- vr/vad-ar-vdc/
NCC. Digitalt Byggande [Online]
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)
