생산 현장에 침투한 증강 현실

오늘날 생산 직원들은 높아가는 제품의 복잡성과 생산 시스템의 다양성에 대처해야 한다. 이에 증강 현실이 네트워크로 연결된 미래의 작업자들에게 열쇠가 될 수 있다. 이쯤 되면 종이 기반 작업 설명서가 더 이상 필요하지 않을까?

율리아나 파이퍼(Juliana Pfeiffer): R&D 부문 편집자

핵심 내용

  • 종이 기반 작업 지침과 같은 오래된 방법과 도구가 제조 현장에서 정보를 수집하고 지식을 공유하는 데 사용되고 있다.
  • 직원들은 제품과 생산 시스템의 복잡성과 다양성 증가에 대처해야 한다. 증강 현실은 네트워크로 연결된 미래의 작업자에게 커뮤니케이션의 새로운 가능성을 제공한다.
  • 종이 기반 작업 지침이 증강 현실로 이동함으로써, 처리 속도를 높이고 재작업을 줄여 품질 문제도 최소화할 수 있다.

작업자들은 ​​어셈블리 조립을 위해 종이 기반 작업 설명서와 조립 도면을 사용한다. 하지만 고객은 큰 차별화, 짧은 리드 타임, 좋은 품질을 갖춘 신제품을 요구하고 있다. 따라서 복잡성이 빠르게 증가하고 있다. 이것은 조립 작업자에게 작업 영역이 자주 바뀌고 계속해서 새로운 내용을 처리해야 한다는 의미이다. 이에 유연성이 점점 중요해지고 있다.

종이 기반 작업 지침의 가장 일반적인 문제는 이해도이다. 지침이 명확하지 않거나, 언어 능력이 부족한 비숙련 직원은 종종 잘못 읽거나 잘못 해석한다. 결과적으로 오류가 발생하거나 불량률과 비용이 증가한다.

증강 현실은 학습 과정을 디지털화한다

증강 현실(AR)을 통한 지식 이전은 작업 지침과 조립 지침을 이해하기 쉽게 만드는 솔루션이다. 기존 작업 지침과 표준 작업 지침은 이른바 몰입형 AR 경험으로 대체되고 있다. 증강 현실은 학습 프로세스를 디지털화하고 제조 회사를 위한 교육 과정을 현대화한다. 그렇다면 어셈블리에서 AR을 사용하기 위한 전제 조건은 무엇인가? “AR 안경, 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 장치와 3D CAD 모델을 표시하는 데 적합한 소프트웨어가 필요합니다.”(플로리안 하스핑거) 플로리안 하스핑거는 몰입형 기술을 전문으로 하는 회사인 Holo-Light의 CEO 이자 공동 설립자이다. 그에 따르면 매우 상세한 모델이나 복잡한 구성 요소와 같은 데이터 집약적인 3D 콘텐츠의 경우, 모바일 단말기의 컴퓨팅과 그래픽 성능으로는 충분하지 않다. “여기에 스트리밍 기술을 사용하는 것이 의미가 있습니다.”(플로리안 하스핑거). Holo-Light는 ISAR(Interactive Streaming for Augmented Reality)을 통해 렌더링 프로세스가 더 이상 AR/VR 하드웨어 자체가 아닌 클라우드나 고성능 서버에서 발생하는 AR/VR 스트리밍 솔루션을 개발했다. “이를 통해 복잡한 가상 콘텐츠를 고성능으로 표시할 수 있습니다.”(플로리안 하스핑거)

증강 현실로 학습 프로세스를 디지털화할 수 있다. 이를 위해 AR 안경이나 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 장치와 3D CAD 모델을 표시하는 데 적합한 소프트웨어가 필요하다.

프로그래밍 지식 없이도 빠르게 AR을 경험하다

AR 소프트웨어의 주요 요건은 사용하기 쉽고 직관적이어야 한다. “다양한 수준의 교육을 받은 사람들이 이러한 솔루션으로 작업해야 하기 때문에, 작업 훈련 분야에서 소프트웨어 솔루션을 작동하는 방법을 배우는 데 시간이 많이 걸리면 안 됩니다.”(Dr. 플로리안 하제네터, PTC 사업 개발 선임 이사). 이 회사는 Vuforia Studio를 통해 프로그래밍 지식이나 증강 현실에 대한 사전 지식 없이 빠르고 저렴하게 확장 가능한 AR을 경험하는 데 사용할 수 있는 소프트웨어를 제공한다.

하이브리드 버스용 전기 드라이브를 제조하는 영국 BAE Systems는 Vuforia Studio를 성공적으로 사용하고 있다. 이 회사는 직원들이 정적인 2D 작업 지침을 따르느라 생산에 상당한 시간 손실이 있음을 확인했다. 현재 조립 지침 PDF 파일을 Microsoft Holo-Lens의 헤드 마운티드 디스플레이를 통해 AR 기반 작업 지침으로 교체하기로 결정했다. 이를 위해 Vuforia Studio를 사용하여 쉽게 업데이트된 작업 지침을 만들었으며, 회사는 새로운 직원들부터 빠르게 교육할 수 있었고, 조립 시간이 단축되고 조립 품질이 향상되었다. BAE에 따르면 지침 개발 비용을 1/10로 줄이고, 신입 사원 교육 효율성은 30% 높였으며, 배터리 조립은 50% 늘릴 수 있었다고 한다. AR 기반 작업 지침의 가능성은 인쇄 형태의 정적 지침을 훨씬 뛰어넘는다.

기능적 관점에서 볼 때 차이가 나는 몇 가지 핵심 요소가 있다.

• AR 명령은 실시간으로 상황에 맞게 단계별로 제공될 수 있다.

• AR 지침은 단순한 2D와 복잡한 3D 디지털 자산을 임의로 조합하여 표시할 수 있다.

• 실제 공작물에서 눈을 떼지 않고 AR 명령을 확인할 수 있다.

작업자는 단계별 지침에서 조립 프로세스를 클릭하고 개별 단계를 수행할 수 있다. “텍스트와 오디오, 비디오와 이미지가 이를 지원합니다.”(플로리안 하스핑거)

또 다른 가능성은 조립 프로세스를 증강 현실에서 애니메이션으로 실행하는 것이다. AR 사용자는 간단한 손동작으로 물체와 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 구성 요소를 다른 상자에서 가져오거나 스위치를 전환할 수 있다. “증강 현실의 한 가지 장점은 현실의 부분 모델에서도 실제적인 연습을 수행할 수 있으며, 가상 콘텐츠로 보완할 수 있습니다.”(플로리안 하스핑거). 복잡한 제품과 개별 구성 요소를 더 쉽게 이해할 수 있다. 에어 탭 입력 제스처 외에도 간단한 음성 명령으로 프로그램을 제어할 수 있다. 예를 들어 AR 소프트웨어는 3D 애니메이션과 스피커 오디오로 교육을 진행하여 각 참가자가 자신에 맞게 학습을 진행할 수 있다고 플로리안 하스핑거는 설명한다.

BMW 그룹에서도 AR 글래스가 약 1년 반 전부터 엔진 조립 교육을 지원하고 있다. 시각화가 모든 작업 단계를 안내하고 특정 정보를 제공한다. 참가자는 음성 제어를 사용하여 훈련 속도를 스스로 결정합니다. 트레이너의 간략한 지시와 감독을 받으며 3명의 참가자가 동시에 AR 지원으로 훈련할 수 있다. BMW에 따르면 참가자 설문조사와 학습 성공에 대한 평가는 기존 학습과 질적 차이가 없는 것으로 나타났다.

또 다른 문제는 경험 많은 전문가들이 정년을 이유로 회사를 그만두는데, 그들의 풍부한 경험과 노하우를 전수하지 않고 퇴직한다는 것이다. 증강 현실은 이 지식을 디지털 방식으로 처리할 수 있어, 특히 젊은 비숙련 직원이 시간에 관계없이 이 지식의 혜택을 받을 수 있다.

3명의 참가자가 동시에 트레이너의 간략한 지시와 감독을 받으며 AR 지원으로 훈련받고 있다.

언제 AR을 사용할 가치가 있는가?

증강 현실 솔루션을 사용하면 인력의 자격 요건에 개별적인 요건을 회사 목표와 병합할 수 있다. “한 드라이브 자동화 전문 업체는 증강 현실을 통해 생산 공장에서 기계를 조립하고 작동하는 데 필요한 교육 시간을 4시간(60~80%)에서 15~30분으로 단축하였습니다.”(플로리안 하스핑거)

증강 현실을 사용하면 작업자가 복잡한 작업에 대비할 수 있어 품질 보증도 향상된다. 모든 것을 스스로 하기 때문에 학습의 전이 효과도 훨씬 크다. 이렇게 하면 배운 내용을 잘 기억할 수 있고 실수를 줄일 수 있다. 또한 학습 내용과 학습의 즐거움을 놀이처럼 서로 결합할 수 있어 결정적인 플러스 요소가 된다. “증강 현실 교육에서는 잘못된 행동의 결과도 확인할 수 있습니다. 참가자를 실제 위험에 빠뜨리거나 조립 라인을 중단하지 않고도 오류와 결과를 가상으로 표시할 수 있습니다. 가상 시나리오에서 참가자는 프로세스가 완료될 때까지 한 번 더 시도하면 됩니다.”(플로리안 하스핑거) 플로리안 하스핑거에 따르면 AR의 사용은 지식과 프로세스에 중점을 둔 작업에서 특히 도움이 된다고 한다.

이와 관련하여 다음 사항에 반드시 유의해야 한다.

• 사용자에게 기술과 제어 방법을 설명한다.

• 다양한 지식수준을 고려하기 위해 모듈 구조의 교육 응용 프로그램이 필요하다.

• 지침 텍스트는 비교적 짧아야 하고 음성 지침으로 보완해야 한다.

• 명확한 단계별 지침을 제공한다.

• 동작 시퀀스는 가능한 사실적으로 형성해야 한다(예: 물체 잡기, 물체 옮기기 등).

• 옳은 결정과 그른 결정에는 설명이 필요하다.

AR은 이제 직원들에게 귀중한 정보를 제공하는 교육 과정과 지침을 위한 강력한 도구로 자리매김하고 있다. 플로리안 하스핑거가 마지막으로 강조한 것처럼 결정적인 이점이 있다. “기업은 올바른 지점에서 절감하고 있습니다. 즉 사람에 대한 비용을 아끼는 것이 아니라 훈련 시간과 기계 시간을 절감할 수 있습니다.”

증강 현실이란 무엇인가?

증강 현실에서 현실과 가상 세계는 소프트웨어 응용 프로그램과 하드웨어 장치를 사용하여 실제 환경에 디지털 정보를 표시하여 서로 융합한다. 이는 태블릿이나 스마트폰과 같은 비디오 투시 기술이나 헤드 마운트 디스플레이의 투명 화면에 광학 투시 기술을 통해 구현된다. AR 장치의 모션 및 위치 센서는 사용자의 공간 방향을 결정한다. 이 데이터를 사용하여 제공된 정보를 공간의 특정 지점, 기능 또는 개체에 고정할 수 있다. A은 기존 VR(가상현실) 기술과 달리 현실 세계의 시야가 가려지지 않아 생산 공장에서 AR을 활용할 수 있다.