監修:株式会社プロノハーツ
製造業VRとは
製造業VRとは、製造業において使用されるVR (英: Virtual Reality) 技術です。
VRは仮想現実と呼ばれ、コンピューターグラフィクスとセンサー技術を組み合わせてユーザーを仮想の環境に没入させる技術です。製造業においても様々な方法でVRが使用されています。
新入社員や作業員に対して、実際の作業環境に近い仮想環境を提供することによって安全でリアルなトレーニングが可能となり、迅速にスキルを習得できます。また、製品設計段階でVRを使用することで、物理的なプロトタイプを作成する前にデザインの問題を特定し、開発サイクルを短縮することで設計の効率性を向上させます。
エンターテイメントのVRとは違い、綺麗なグラフィックよりも多くの部品を原寸大で表示することが重視されます。
製造業VRは生産性向上やコスト削減など、企業に多くの利益をもたらす技術です。多くの製造業界でVR技術の導入が進んでいます。
図1. 製造業VRのイメージ
製造業VRの使用用途
製造業向けのVRの利用用途は多岐にわたります。以下はその主な用途の一部です。
1. 設計検証
VRを使用して新しい製品の3Dモデルを原寸大で確認することができ、デザインの改善や問題の特定が簡単に行えます。製品の設計段階での変更や最適化をリアルタイムで試すことができ、物理的なプロトタイプの作成コストや時間を削減できます。
2. 組み立てシミュレーション
VRを使用して、製品の組み立て手順やアセンブリのシミュレーションを実施できます。これにより、組み立ての効率化やエラーの低減が期待されます。
3. トレーニング
新しい機械や工程を導入する際のオペレーターのトレーニングや教育にVRを使用することで、実際の機械を使う前に仮想空間でのトレーニングが可能となり、事故のリスクを低減できます。
4. メンテナンスとサービス
VRを用いて、機械や設備のメンテナンス手順を学習・確認することができます。
5. リモートコラボレーション
異なる場所にいる専門家やチームがVRを通じて共同作業を行い、リアルタイムで情報を共有することができます。
6. 製品プレゼンテーション
セールスやマーケティングの際に、VRを使用して顧客に製品を紹介することができます。これにより、顧客は製品の機能や特性を直感的に理解することができます。
7. 工場のレイアウト設計
新しい工場や生産ラインのレイアウトを計画する際に、VRを使用して空間の最適化や問題点の特定を行うことができます。
製造業VRの原理
製造業VRは、コンピューターグラフィックとセンサー技術の組み合わせによって実現されます。
VRの基本は、高度なコンピューターグラフィック技術です。3Dモデルや環境を生成し、仮想世界をリアルタイムでレンダリングします。これにより、ユーザーは仮想環境内で物体や景色を視覚的に体験することが可能です。
体験時に使用する一般的なデバイスは、ヘッドマウントディスプレイです。ユーザーの目の前に映像を配置し、ユーザーの視界を覆うことによって仮想世界を表示し、ユーザーが周囲の仮想空間を見ることができるようにします。
さらに、ユーザーの動きや位置を追跡するセンサーテクノロジーが使用されることが多いです。これにより、ユーザーの頭部や体の動きをリアルタイムで捉え、仮想環境内でのユーザーの動きに応じて視点を変更できます。
製造業向けVRの種類
製造業向けVRシステムは、利用方法、機能、データ処理方法等で分類することが可能です。これらの分類は、製造業向けのVRシステムの一部を示すものであり、実際の導入や利用に際しては、企業の要件や目的に合わせて適切なタイプを選択する必要があります。
1. データ保存・処理の方法による分類
ローカル版
VRコンテンツやソフトウェアはユーザーのデバイス (例: PCやVRヘッドセット) に直接インストールされ、そのデバイス上で実行されます。ユーザーのデバイスが直接コンテンツを処理するため、ネットワークの遅延がなく、高いリアルタイム性が期待できます。また、機密性が高い製品等は、ローカル版を利用する場合が多くあります。
クラウド版
VRコンテンツやソフトウェアはクラウド上のサーバーで実行され、その結果がユーザーのデバイスにストリーミングとして送信されます。主にストリーミングの受信と表示に対応する能力が求められます。
インターネットの帯域や遅延、クラウドサービスの品質など、ネットワーク関連の要因がVR体験の品質に影響を与える可能性があります。5Gの普及やエッジコンピューティングの進展により、クラウドベースのVR体験の品質が向上してきており、多くの企業やサービスプロバイダがこの分野に参入しています
2. 利用目的による分類
デザイン検証・プロトタイピング
製品のデザインや設計の確認、改善のためのVR利用です。また、トレーニング・教育: 製造工程や安全教育などのトレーニング用途でのVR利用などもあります。
リモートコラボレーション
複数地点からの同時接続や共同作業のためのVR利用です。
製品プレゼンテーション
顧客向けの製品紹介や展示会でのデモ用途でのVR利用です。
3. 対応デバイスによる分類
スタンドアロンVR
一体型で独立して動作するVRデバイス用のシステムです。どこでも簡単に持ち運びやセットアップが可能であり、外部のPCやセンサーが不要なため、導入やセットアップが手軽です。デメリットとして、 一体型のハードウェアのため、高性能なPCと比べて処理能力が制限されることがありますが、工場等の現場で利用したいときには便利です。
PC接続型VR
高性能なPCと接続して使用するVRデバイス用のシステムです。PCの性能を使うことができ、高性能なPCのリソースを活用できるため、複雑なシミュレーションやリアルタイムの高品質レンダリングが可能です。デメリットとして、 PCとの接続が必要なため、移動やセットアップが煩雑になります。また、 PCとの接続ケーブルが存在するため、動きの自由度が制限されることがあります。
4. インタラクティビティによる分類
静的VR
シンプルな3Dビューワーのような、基本的な表示・閲覧のみを目的としたVRです。3次元CADの中に入り込むような体験することが可能になります。
インタラクティブVR
製品の操作シミュレーションや仮想空間内でのタスク実行が可能なVRです。機構シミュレーションを体験することが可能です。
製造業VRの選び方
3Dデータを組織内で効果的に利用するためには、VRシステムの選定ミスは許されません。そのため、小規模から始めることが大切です。全員が手軽に使えることがキーとなるため、誰でもいつでも簡単に使えることが重要です。製造業向けVRシステムを選ぶ際には、以下の要点を考慮すると良いです。
1. 目的の明確化
すべての目的に対応できるシステムは、ありません。製品のプロトタイプ評価、生産ラインのシミュレーション、研修用の教材など、目的に応じて最適なVRシステムを選定することが重要です。誰が何のために、どんな状況で使うのか確認することが大切になります。
2. 予算
利用するハードウェアやソフトウェアのコストは、システムの選択に大きな影響を与えます。ハードウェアも毎年新製品が発表さるため、陳腐化のリスクも考える必要があります。最初に予算を設定し、その範囲内で最も適したシステムを選ぶことが推奨されます。次年度以降の保守費も考慮にいれることも大切です。
3. システムの性能
製造業におけるシミュレーションや設計の詳細度、アッセンブリ数に応じて、必要なVRシステムの性能が変わります。高いリアルタイムレンダリング能力や複雑なシミュレーションが求められる場合は、高性能なPC接続型VRが適しています。
4. 使いやすさ
VRシステムは、技術的な背景を持たないユーザーにも使いやすいものを選ぶと良いです。直感的な操作性やサポート体制もシステム選定のポイントになります。特にVRの場合、直感的に目的地へ行けるか、イメージ通りの動きが出来るか、現実と同じような感覚があるかなどを調査する必要があります。
5. 拡張性
将来的なニーズや技術の進化に対応できるシステムを選択することは、長期的な投資として重要です。ソフトウェアやハードウェアのアップデートが容易なもの、または追加機能が後から導入可能なものを選ぶことが大切になります。
6. 互換性
既存のCADデータや他のソフトウェアとの互換性を確認することで、効率的にVR環境を構築することができます。Parasolid, STEPなど、中間フォーマットの対応も確認する必要があります。
7. セキュリティ
製造業のデータは機密性が高い場合が多いため、VRシステムのセキュリティ機能やプライバシー対策が万全であるかを確認することは重要です。機密性が高い場合は、ローカル版を選ぶことが推奨されます。
8. サポート体制
ソフトウェアやハードウェアのトラブル対応、アップデートのサポート、研修など、アフターサポートの体制も考慮する必要があります。初心者の場合は、国内開発、日本語対応のシステムが適しています。
製造業向けVRのその他情報
1. VR,AR,MR,XRとは？
VR
仮想現実 (英: Virtual Reality, VR) とは、コンピュータによって生成されたCGの仮想環境の中でユーザーが体験する技術です。この仮想環境は、リアルタイムでユーザーの動きや視点に合わせて変化し、ユーザーはまるでその場所に実際にいるかのような感覚を得ることができます。3次元CADデータの中に入ったようなイメージです。
AR
拡張現実 (英: Augmented Reality, AR) は、現実の世界にデジタル情報やイメージを重ね合わせて表示する技術です。スマートフォンやタブレット、専用のゴーグルなどのデバイスを使用して、実際の環境にデジタルコンテンツが追加され、その情報が現実世界の一部であるかのように見せることができます。例えば、ゲームで現実の空間にCGを配置して遊ぶようなものなどがARの応用例として考えられます。
MR
混合現実 (英: Mixed Reality, MR) は、現実の世界と仮想の世界を組み合わせて新しい環境や視覚体験を作り出す技術です。ARとVRの中間に位置するとも言われます。MRでは、現実の物体と仮想の物体が互いに影響を与え合うことが可能です。
XR
XR (英: Extended Reality) は、仮想現実 (VR) 、拡張現実 (AR) 、混合現実 (MR) など、現実とデジタル環境を融合させる全ての技術を総称して指す用語です。
2. 製造業とゲームエンジン
製造業向けのVRシステムとゲームエンジンには大きな関連性があります。
ゲームエンジンは、本来はゲーム開発のためのツールですが、その高度な3Dレンダリング機能や物理エンジン、スクリプト機能などが、VRシステムの開発にも利用されています。
製造業でのVRアプリケーション開発には、UnityやUnreal Engineなどのゲームエンジンが一般的に利用されます。ゲームエンジンを利用することで、VRアプリケーションの開発を迅速に行うことができます。リアルな表現や仮想空間を簡単に作成することが出来ます。
3. リアルな表現
現実的な物理演算や高品質な3Dグラフィックスにより、リアルな仮想空間を作成することができます。また、豊富なスクリプトやプラグインを用いて、特定の用途に合わせたカスタマイズが可能です。近年大手製造業における活用が見られます。
参考文献
https://vrsj.org/about/virtualreality/
本記事は製造業VRを製造・販売する株式会社プロノハーツ様に監修を頂きました。
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