artikel

Wat zijn de prestatieverbeteringen van Augmented Reality ?

Manufacturing

Het gebruik van Augmented Reality kan de maakindustrie tijd en geld besparen. Lucia Haagsman onderzocht hoe AR kan worden ingezet in de niet-geautomatiseerde assemblagesector en hoe de specifieke assemblagecontext invloed heeft op de potentie van AR. Ze geeft daarnaast een methodiek waarmee bedrijven kunnen vaststellen wat de voordelen van AR kunnen zijn voor hun bedrijf.

Wat zijn de prestatieverbeteringen van Augmented Reality ?

Tekst Lucia Haagsman MSc.*    

Augmented Reality (AR) is een sterk opkomende technologie die in realtime virtuele informatie toevoegt aan de werkelijkheid. De technologie is breed inzetbaar en kan veel waarde opleveren binnen industriële niet geautomatiseerde assemblageomgevingen. De kracht van AR voor de industrie ligt in het verminderen of verwijderen van verspilling binnen bedrijfsprocessen. Uit studies blijkt dat assemblagetijdreducties tot 35 procent mogelijk zijn. AR bestaat uit een software en hardware component. Bekende hardware types zijn de head mounted display (HMD, bijvoorbeeld MS HoloLens), de hand-held­ devices (bijvoorbeeld smartphone of tablet) en de AR-projectors. Dit artikel focust op de HMD’s en projectors omdat deze types voor werksituaties het meest geschikt zijn.  Operators hebben hun handen vrij.

Waarom AR inzetten?

AR kan op twee manieren worden ingezet in assemblageomgevingen: bij het trainen van de werknemer voorafgaand aan de procesuitvoering of bij het ondersteunen van de werknemer tijdens de procesuitvoering. AR kan een operator zowel generieke assemblagevaardigheden aanleren (Hoe moet ik lassen?, Hoe draai ik mijn schroeven niet kapot?) als de handelingen van een specifieke assemblage (Doe eerst A, monteer dan B, check vervolgens C). Voor de trainingsdoeleinden is het belangrijk dat de operator niet compleet afhankelijk wordt van AR. In geval van AR-training, zal de operator tijdens de daadwerkelijke assemblage zijn taken uitvoeren zonder deze (AR-instructies). Indien AR-instructies wel worden getoond tijdens de daadwerkelijke assemblage, ondersteunt AR de operator (AR-begeleiding). AR kan in dit geval de stappen bijhouden, op de handelingen van de operator reageren en accurate feedback geven.

Drie typen prestatieverbetering

De eigenschappen van AR-technologie maken drie typen van prestatieverbetering mogelijk: verbeterde assemblage-efficiëntie, verhoogde assemblagekwaliteit en betere kwaliteit van de werkomgeving.

1) Verbeterde assemblage-efficiëntie

Het is aangetoond dat het inleren van werknemers met behulp van AR sneller gaat dan met traditionele methoden. De noodzaak voor een fysieke trainer op locatie vervalt. Dit levert de trainer, die in de praktijk vaak een ervaren werknemer is, waardevolle tijd op. Zo kan AR voordelen opleveren bij bedrijven die bijvoorbeeld te maken hebben met tijdelijke werknemers als gevolg van piekperiodes. Door snellere en efficiëntere training kunnen operators voor meer verschillende werkzaamheden worden opgeleid en hebben ze meer inzicht en betere kennis van assemblageprocessen in het algemeen. Naast efficiëntiewinst dankzij training, kan met AR-begeleiding ook sneller worden gewerkt. Het AR-systeem is zo geprogrammeerd dat het de werkinstructies voor de operator stap voor stap zichtbaar maakt op het moment dat het nodig is. Hierdoor wordt de assemblagemethode (onder andere de volgorde) gestandaardiseerd. Extra tijdsbesparing is haalbaar wanneer sprake is van hoge productvariëteit. Het computersysteem kan sneller en betrouwbaarder situatie-afhankelijke informatie zoals werkinstructies ophalen dan mensen. De technologie maakt traditionele papieren handleidingen overbodig en er hoeft geen tijd meer worden besteed aan het lezen van, zoeken in en begrijpen van geschreven teksten. Door AR-begeleiding binnen het assemblageproces zullen operators sneller aan de slag kunnen met complexe assemblages. De assemblage-efficiëntie kan worden verhoogd omdat indien nodig experts op afstand mee kunnen kijken en aanwijzingen kunnen geven. Begeleiding ter plaatse is niet nodig wat veel tijdsbesparing kan opleveren.

2) Verhoogde assemblagekwaliteit

Een tweede prestatieverbetering dankzij AR is een betere assemblagekwaliteit. Door de directe feedback die AR biedt, worden minder fouten gemaakt tijdens het assembleren. Dit geldt ook voor het picken van onderdelen en gereedschap tijdens de assemblage. AR kan accuraat aangeven waar bepaalde onderdelen moeten worden geplaatst. Er zijn voorbeelden bekend tot 71 procent verbetering van assemblagenauwkeurigheid. De kans op nodige correcties wordt verkleind juist omdat AR de werkinstructies stapsgewijs aanbiedt en daardoor de kans kleiner wordt dat producten in eerste instantie verkeerd worden geassembleerd.

3) Betere werkomgeving

AR kan de kwaliteit van de werkomgeving verbeteren, vooral op gebied van veiligheid. De technologie kan risicovolle situaties voorkomen. Studies stellen dat zeventig procent van industriële incidenten worden veroorzaakt door menselijke fouten omdat werknemers niet weten wat ze moeten doen of niet de juiste beslissingen nemen. Ook bestaan er al systemen die aan AR kunnen worden gelinkt die gevaren kunnen herkennen (bijvoorbeeld temperatuurinformatie, zichtbaar maken van hoogspanning) of die de ergonomie verbeteren (met behulp van dieptecamera’s en/of lichaamssensoren).

Lean

AR kan verspilling verminderen (lean). Voor de hand liggende voorbeelden zijn besparingen van tijd door efficiënter inleren en verkleinde foutenkans, inclusief tijdsbesparingen van dubbel werk en verspilling van materiaal. Ook de door de operator ervaren tijds- en werkdruk zal verminderen omdat hij niet meer in werkinstructies hoeft te zoeken en een operator hoeft minder lang in onprettige situaties te werken (bijvoorbeeld iets liggend monteren), omdat AR de tijdsduur van zo’n handeling tot het noodzakelijke minimum kan beperken. Al met al vermindert een goed AR-systeem het stressniveau van de operator, wat uiteindelijk ook de productie ten goede komt.

Mensen

AR is in eerste instantie van waarde in assemblagesituaties waarin producten handmatig in elkaar gezet moeten worden. Mensen blijven zeer waardevol in productieprocessen omdat zij beter kunnen reageren op onverwachte situaties dan computers. Natuurlijk heeft ook de mens zijn beperkingen. Mensen zijn instabiel in hun prestaties: ze kunnen moe, verveeld of in een slechte bui zijn. Dit kan leiden tot ondermaatse prestaties. AR kan hierbij helpen doordat het die mensen cognitieve ondersteuning biedt en daardoor  zulke fouten kan voorkomen. AR kan helpen om de operator gefocust en gemotiveerd te houden doordat deze zich meer bewust is van wat hij doet dankzij de dynamische interactie tussen virtuele informatie en werkelijkheid. Een goede manier van het presenteren van de informatie zal bijdragen aan motivatie en focus.

Kenmerken van het assemblageproces

Geen enkele assemblageomgeving is hetzelfde. Een specifiek assemblageproces kan worden getypeerd als combinatie van kenmerken. Om de assemblageprocessen te categoriseren zijn deze onderverdeeld in vier groepen met in totaal tweeëntwintig kenmerken. De vier categorieën zijn product, proces, operator en omgeving. Het kader Karakteristieken assemblage laat zien hoe de kenmerken over de categorieën zijn verdeeld. Elk van deze kenmerken beïnvloedt het assemblageproces: De grootte van het product zal bijvoorbeeld bepalen hoeveel operators en wat voor gereedschappen nodig zijn, het volume zal invloed hebben op het ontwerp van het assemblageproces, enzovoort. Elk van de in de tabel genoemde kenmerken kan verschillen qua complexiteitsniveau. Om te illustreren: een product assembleren wordt complexer wanneer de operator niet kan zien waar hij iets moet bevestigen, hij er niet bij kan of vijftig verschillende producten op een dag moet assembleren.

Assemblagecontext

De AR-potentie hangt af van de assemblagecontext. Een aantal voorbeelden. AR kan in het geval dat niet duidelijk is waar een onderdeel moet worden bevestigd (het eerste kenmerk), de juiste positie zichtbaar maken, bijvoorbeeld met een knipperende pijl. De aandacht van de operator wordt hierdoor direct in de goede richting geleid. Indien de bevestigingspositie wel duidelijk is vanuit het productontwerp, kan AR alsnog de juiste positie visualiseren om enige tijdswinst te behalen. Het behaalde voordeel in dit geval zal lager zijn dan in de complexe situatie. Als de werkomgeving oncomfortabel is, kan AR de situatie verbeteren door een voldoende snelle, stapsgewijze presentatie van werkinstructies. Assemblagekwaliteit en veiligheid kunnen verbeteren omdat operators in oncomfortabele posities niet geneigd zullen zijn om constant werkinstructies te lezen en als ze het wel doen zich mogelijk onvoldoende bewust zijn van (gebeurtenissen in) hun omgeving. Indien de werkomgeving daarentegen wel comfortabel is, kan AR geen verdere voordelen behalen op dit gebied. De voordelen van AR moeten per situatie worden bekeken en gekarakteriseerd.

Potentiemodel

Het bovenstaande kan worden samengevat in een tabel, die ook kan worden gebruikt als besluitvormingsinstrument voor de inzet van AR voor assemblage. Deze tabel, het zogenaamde AR-Potentie model (zie kader ARP-model), is hieronder te zien. Het model combineert bovenstaande twee tabellen. Verticaal worden zeventien assemblagekenmerken gepresenteerd die invloed hebben op de AR-potentie en horizontaal de mogelijke prestatieverbeteringen dankzij AR. Het midden van het model geeft aan of AR prestatieverbetering kan opleveren (groen) of niet (grijs).

Dit model kan als startpunt worden gebruikt om besluitvorming over de toepassing van AR binnen assemblagewerk te ondersteunen. Het model neemt de specifieke assemblage als startpunt. Om het model toe te snijden op de eigen situatie moet eerst worden bepaald welke kenmerken van een assemblage “hoog complex” en welke “laag complex” zijn. Zodra de complexiteit van elke karakteristiek is bepaald, kan in het ARP-model worden afgelezen welke prestatieverbeteringen kunnen worden verwacht bij inzet van AR binnen deze specifieke assemblage. Het model is in te vullen per product, rekening houdend met het gehele assemblageproces. De potentie zal dus ook per assemblageproces verschillen. Indien AR wordt toegepast op een enkel werkstation binnen de assemblage van een bepaald product, kan worden gekozen om in eerste instantie alleen de taken van die werkplek te analyseren.

Het model geeft de verwachting van prestatieverbeteringen die AR kan geven op specifieke punten in de assemblage. Het geeft daarmee nog geen informatie over de mate van prestatieverbetering. Het inschatten hiervan is de volgende stap in het besluitvoorbereidingsproces. Vervolgens kunnen verdere stappen worden genomen om uiteindelijk tot een investerings- of ontwikkelbeslissing te komen.

Augmented Reality kan een praktische tool voor manufacturing zijn waarmee significante productiviteitsstijgingen kunnen worden bereikt, maar de voordelen zijn niet voor ieder bedrijf even groot. Het ARP-model geeft bedrijven de mogelijkheid hun AR-voordelen in kaart te brengen als eerste stap voor een investeringsbeslissing.

* Dit artikel is gebaseerd op een afstudeerscriptie, geschreven door Lucia Haagsman, voor een Double Masters Degree Technology Operations Management aan de Rijksuniversiteit Groningen en Newcastle University (UK) en in opdracht van het Hogeschool van Arnhem-Nijmegen Lean-QRM centrum (in kader van het AR RAAK KIEM project). De scriptie bevat een literatuuronderzoek en meervoudig caseonderzoek. Bij vier casebedrijven (elektronica en constructie-sectors) zijn interviews gehouden, observaties uitgevoerd en werkinstructies bestudeerd. Ook zijn drie AR-experts geïnterviewd om de wetenschappelijke literatuur te valideren in de praktijk. Indien u interesse hebt heeft in het lezen van de gehele scriptie kunt u contact opnemen met de auteur.

Reageer op dit artikel