Инновации в обучении сварщиков: преимущества дополненной реальности

Если вы когда-нибудь общались со сварщиками, то вы наверняка слышали от них что действительно овладеть сварочным искусством удается лишь немногим талантливым людям. Но, почему, это так? Иногда это связано с природой навыка, тактильными и визуальными ощущениями работника при сварке. Если что-то не получается, они пробуют снова. И снова. И снова. В течение многих лет.

Учитывая острую нехватку рабочих, у промышленной отрасли просто нет столько времени. Нужно как-то сократить цикл обучения, не упуская при этом основ технологического процесса, чтобы студенты знали, что работает в той или иной ситуации и почему.

Здесь дополненная реальность (AR) может удовлетворить эту потребность, особенно для одного из самых практичных процессов в цеху: сварки.

"Мы работаем в сфере дополненной реальности последние восемь лет, и она продолжает становиться все лучше и лучше. Мы стараемся максимально приблизиться к реальности, включая визуальные, звуковые и тактильные элементы. Наша способность создавать точную сварочную ванну в программном обеспечении прошла долгий путь всего за несколько последних лет".

Говорит Стив Хидден, менеджер по работе с клиентами в области обучения сварке и развития трудовых ресурсов компании Miller Electric Mfg. LLC в Эпплтоне, штат Вирджиния. Компания предлагает обучающую систему дополненной реальности AugmentedArc - технологию, которая объединяет визуальные, слуховые и тактильные ощущения от сварки (сварочный пистолет, наличие сварочной детали, гудение во время процесса, визуальные подсказки) с программным обеспечением, которое моделирует, как формируется сварочный валик и как выполняется сварка.

Студенты могут работать с пистолетом для сварки металлическим электродом в газовой среде (GMAW), для автоматической дуговой сварки металлическим электродом (проволокой) под слоем флюса (SMAW) или для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа (GTAW). Этот опыт - не видеоигра. Используя комбинацию датчиков, считывающих положение стратегически расположенных QR-кодов на сварочном пистолете, горелке и заготовке, отслеживаются движения учеников на протяжении всего процесса.

Представьте себе, как студент впервые берет в руки сварочный пистолет и начинает делать сварочный валик на пластине. Дуга загорается и колеблется, студент перемещает сварочный пистолет слишком быстро. Он пробует снова и получается прожёг. Брызги летят во все стороны, а заготовка за заготовкой отправляются в корзину. Ученик продолжает тренироваться, расходуя защитный газ и сварочную проволоку, подвергая сопло пистолета и другие расходные детали всевозможным испытаниям. Это не очень вдохновляюще, и, как известно любому, кто работает в техническом училище или в цехе, может обойтись довольно дорого.

Теперь представьте того же студента в сварочном шлеме, только на этот раз он манипулирует странного вида горелкой и присадочным прутком, на каждом из которых нанесены QR-коды. Датчики в шлеме студента считывают эти коды, чтобы определить, как именно студент манипулирует "вольфрамовым" наконечником вдоль нахлесточного соединения, создавая виртуальный сворочный шов на заготовке, которая, опять же, покрыта стратегически расположенными QR-кодами, которые становятся невидимыми, когда студент надевает сварочный шлем. Надев шлем, он видит металлическую заготовку, готовую к сварке. Во время всего процесса, нет ни дуги, ни брызг, ни металла вообще.

Студент рядом с ним держит в руках еще одно странное устройство, на этот раз это электрододержатель для ручной дуговой сварки с QR-кодом на конце - опять же, невидимым через сварочный шлем. Он осторожно манипулирует электрододержателем, создавая вертикальный сварочный шов. Рядом с ним сидит другой студент, который манипулирует соплом "пистолета" для сварки металлическим электродом в газовой среде, вокруг трубы для создания фланцевого шва.

Все трое занимаются сваркой в дополненной реальности. Они видят, как ведет себя дуга, присадочный металл и шов, и даже слышат "гудение" от сварки. Когда студент, практикующий сварку неплавящимся электродом, погружает слишком много присадочного прутка, сварочная ванна реагирует. Когда студент, практикующий дуговую сварку в защитных газах, не соблюдает рекомендуемую скорость сварки, сварочная ванна реагирует на это. После выполнения практического соединения все три студента смотрят через свои сварочные шлемы, на виртуальный сварной шов, дефекты и все остальное.

Программное обеспечение указывает, где и как именно были допущены ошибки. Здесь длина дуги была слишком длинной. Угол наклона присадочного прутка был неправильным. Углы сварки и скорость перемещения не совпадали. Мало того, программа показывает, какими должны были быть эти параметры и как именно их исправить.

При следующей попытке учитель включает визуальные подсказки, которые ученики видят через сварочный шлем, показывая, какие элементы, где должны находиться.

Визуальные подсказки динамичны и меняются по мере необходимости, чтобы направлять ученика. Например, визуальная подсказка может показать студенту, где должен находиться сварочный пистолет в определенный момент сварки; когда студент доходит до этого момента подсказка меняется.

"Мы также даем преподавателю возможность позволить студентам совершать собственные ошибки", - сказал Хидден, добавив, что программное обеспечение не должно говорить им, что, скажем, их настройки газа неправильные, что напряжение установлено слишком высокое или что-то еще. Программа не может точно смоделировать, что происходит, когда что-то идет не так, например, реальное прогорание материала. Но она может графически показать, что что-то не так, и предоставить учащимся возможность самостоятельно разобраться в проблеме. В качестве альтернативы, учителя могут настроить систему так, чтобы она уведомляла о том, что именно не так.

"Учителя могут создавать свои собственные задания", - сказал Хидден, добавив, что они могут установить, какие подсказки показывать и когда. Главное - знать, когда прекратить оказывать помощь и позволить ученикам действовать самостоятельно. Все зависит от потребностей учащихся и от того, на каком этапе обучения они находятся".

"Дополненная реальность служит промежуточным этапом между теорией и практикой", - говорит Патриция Карр, национальный менеджер по образованию и развитию трудовых ресурсов компании Miller, добавив, что данная технология помогла студентам, испытывающим неудобства при работе со сварочными дугами и искрами, включая людей с ограниченными возможностями, обрести уверенность перед реальной практикой.

Система дополненной реальности была разработана с учетом потребностей преподавателей. На протяжении многих лет опытные сварщики и инженеры по сварке в компании Miller и за ее пределами сотрудничали с разработчиками программного обеспечения, чтобы сделать процесс еще более реалистичным. Теперь учащиеся могут видеть всю динамику сварочной ванны, когда расплавленный металл смачивает боковые стенки шва. Они видят нарушения в сварочной ванне, которые могут указывать на подрез или пористость, неполное проплавление, а также избыточное наплавление металла, которое может привести к чрезмерной и дорогостоящей шлифовке.

В связи с этим возникает вопрос, можно ли использовать систему дополненной реальности для аттестации сварщиков? "Не сегодня", - говорит Хидден. "Этот инструмент предназначен для подготовки. Дополненная реальность может позволить сварщикам отточить свою технику и наработать мышечную память, прежде чем практиковаться с реальными материалами и сдавать аттестационный тест".

Наработать эту мышечную память может быть очень непросто, особенно когда неправильная техника может привести к неприятной ситуации – например удержанию слишком длинной дуги и попаданием под ливень горячих искр.

Используя дополненную реальность, студент может разместить заготовку в любом месте, где это необходимо, чтобы начать отрабатывать сложные положения сварки. "У нас есть семь заготовок для всех положений, - говорит Хидден, - включая вертикальное и потолочное. И что самое прекрасное в дополненной реальности, я могу взять свою заготовку, наклеить на нее двойную липкую ленту и прикрепить её под столом. Студенты могут проползти под столом и сварить ее".

Многократное повторение развивает мышечную память и уверенность, подготавливая студентов к реальной сварке. Как только они зажигают сварочную дугу в реальных условиях, они с большей вероятностью будут соблюдать правильную технику сварки и смогут получить чистый шов без множества искр.

Студенты и профессионалы, использующие систему дополненной реальности, могут практиковать любую технику, но, как объяснил Хидден, программное обеспечение должно быть построено вокруг конкретной техники, чтобы "оценить ее", то есть создать возможность отслеживать положение сварного шва и расходных материалов, сравнивать его с идеальным, оценивать на основе этого сравнения и определять области для улучшения. Например, студенты, практикующие сварку неплавящимся электродом, могут захотеть "пройтись полумесяцем" по определенному геометрическому шву. Они могут выполнить все движения, чтобы наработать мышечную память, но система не сможет дать исчерпывающую обратную связь, по крайней мере, пока.

Даже в своем нынешнем состоянии дополненная реальность помогает демистифицировать непонятный, непрозрачный процесс, точно определяя, что делает сварку хорошей, а что нет. Квалифицированные специалисты идут разными путями, чтобы добиться качественной сварки, поэтому несоблюдение точных предписаний системы дополненной реальности не гарантирует неудачу. Тем не менее, в будущем те, кто учится и совершенствует свои навыки, и, возможно, даже опытные профессионалы сварочного дела, могут все больше и больше обращаться к системе дополненной реальности как к своего рода компасу, на который можно ссылаться, чтобы убедиться в том, что их основы заложены верно и что они движутся в правильном направлении. И есть дополнительный бонус: им не нужно тратить расходные материалы в процессе.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Дополненная реальность в изготовлении металлоконструкций»‎ и «‎Искусственный интеллект повышает производительность сварки»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!