認知ギャップの探求とXR技術の可能性
製品開発、検証、工業化はエンドツーエンドのデジタルライフサイクルとなっています。しかし、製品や製造エンジニアが利用できる豊富なデジタルデータと、私たちがそれを適用しようとしている物理的な世界との間には基本的な断絶があります。
この投稿では、結果として生じる「認知ギャップ」の影響と、地理的に分散したチームに関連する課題について論じます。新世代の「空間コンピューティング」または「拡張現実 (XR) 技術が提供する可能性を検討し、Tech Soft 3D がエンジニアリング・ビジュアライゼーションの経験を活かして、ユニークなコラボレーションワークスペースをどのように作成したかを示します。
Tech Soft 3Dでは、人間と機械の強みを組み合わせ、デジタル技術を物理世界に溶け込ませることで、XRはエンジニアリングの価値創造を劇的に向上させると信じています。
より多くを要求する世界！
私たちはかつてない速度で変化を遂げている世界に生きています。技術は急速に進化し、技術の普及率も加速しています。急速に成熟する市場と世界人口の増加により、世界はより多くの選択肢、増大するパーソナライゼーション、そして優れたパフォーマンスを求めています。製造業者はそれに応じて、より多くの製品をかつてないスピードで市場に投入し、競争上の優位性を得るためのあらゆる機会を追求しています。
技術の開発と採用のペースは、多くの人々の能力を伸ばしていますが、ビジネス変革を可能にするための手段ともなっています。
製品開発、検証、工業化はエンドツーエンドのデジタルライフサイクルとなっています。現代の製品開発と製造の中核には、製品エンジニアを製造ドメインや上流および下流の拡張された企業につなぐデジタルバックボーンがあります。製品エンジニアと製造の仲間たちは、データを収集し、分析してそこから学び、企業全体にわたる継続的な改善をもたらすクローズドループフィードバックを作成しています。このデジタルバックボーンは、従来の企業を越えてグローバルな価値システムへと協力と分配を可能にします。これはデジタル製造の基盤を提供するとともに、今日および将来の高度製造技術の採用を支援します。
デジタルエコシステム
設計と製造工学の重要な部分としてのコンピューティングの進化に伴い、製品設計と開発の順次および同時進行のエンジニアリング手法は、同時進行のエンジニアリングアプローチによって取って代わられました。同時進行のエンジニアリングを受け入れることによって、製造業者はコストのかかるエラーを回避し、コストと品質を向上させ、市場投入までの時間を短縮できます。しかし、2017年12月のハーバード・ビジネス・レビューでポーターとヘッペルマンが指摘したように、「我々が利用できる豊富なデジタルデータとそれを適用する物理世界の間には基本的な断絶がある」と述べています。彼らはさらに、「我々の決定と行動を知らせるための豊かなデータは依然として2Dページと画面に閉じ込められたままです」と述べています。
デジタルと物理世界の間のギャップを埋めることは、競争上の優位性としてデジタル製品開発とデジタル製造の力を活用する機会を提供します。この投稿では、Tech Soft 3Dがこの機会をアクセス可能にするためにユニークなアプローチをとった方法について論じ、次のコラボレーションの波を採用するために啓示された製造業者を支援する方法を示し、この没入型革命の最前線にある技術を紹介します。
認知ギャップを埋める
人間は、視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚の五感を通じて情報にアクセスし、処理します。しかし、この情報を処理する能力は感覚によって異なり、人間の情報の大部分（推定80％から90％）は視覚を通じてアクセスされます。
情報を消費し処理する私たちの能力は、いわゆる「認知負荷」の心的能力への要求に制限されています。認知負荷は、与えられた種類の情報を処理するために必要な心的努力によって影響を受けます。たとえば、この論文を読むときは、文字を単語に変換し、単語をさらに意味に解釈するための心的努力が必要です。
より重要なことに、デジタルと物理世界間の断絶の文脈において、認知負荷はまた「認知距離」、すなわち情報の提示形式とそれが適用される文脈とのギャップによって著しく変わります。たとえば、車載のダッシュに取り付けられた衛星ナビゲーションシステムからのナビゲーション指示を追う場合、ドライバーは画面に表示される情報を消費し、その情報をワーキングメモリに保持し、指示を目の前の物理世界に変換し、その後指示に基づいて行動しなければなりませんが、車両の制御を維持し続けなければなりません。結果として生じる認知的旅は、重大な認知負荷を作り出します。このため、ヘッドアップディスプレイ（HUD）が今では必要な場所で関連するデータとガイダンスをオーバーレイするために使用されるのを目にしているのです。情報を文脈に置き、車両のフロントガラスへの投影を介して情報を物理世界に重ね合わせることで、認知距離を縮小し、したがって認知負荷を最小限に抑えます。
心理学者たちはこの概念をさらに推し進め、人間は一度に1つの「認知タスク」にしか向き合えないことを示す研究を報告しています。研究によれば、タスクの切り替え（いわゆるマルチタスク）は「高価」であり、タスクを切り替えるときに完了に時間がかかり、エラーも増加します。タスクが複雑である場合、時間とエラーのペナルティ、すなわち「認知コスト」は増加します。実際に、同じ研究はタスクの切り替えが生産性の40％減にまでつながると結論づけています。
したがって、今日のエンジニアのシナリオを考えてみてください。彼らは、3Dモデルの縮小バージョンを2D画面で表示しながら、現実世界でのフルサイズ製品の文脈での変更の影響を考慮しようとしています。
製造業者に対するますます増大するプレッシャーにもかかわらず、より多くのことをより速く、より良く行うというプレッシャーがある中で、認知距離を縮め生産性を向上させる可能性は、工学の文脈での挑戦を受け入れる理由として説得力があります。
「認知距離」を縮めるために技術はどのように応えてきたのでしょうか？
バーチャルリアリティ (VR) は、完全にシミュレートされた環境内で行われるインタラクティブなコンピューター生成の体験であり、聴覚および視覚フィードバックを組み込んでいますが、触覚など他の種類の感覚フィードバックも含めることがあります。コンピューター生成の三次元画像や環境のシミュレーションは、特別な電子機器（ヘッドマウントディスプレイやセンサーが組み込まれた手袋など）を使用することで、現実のようにまたは物理的にインタラクションできるようになります。文字通り、VRはいつでもどこでも何でも「体験」できることを可能にします。これは現実技術の中で最も没入型のタイプです。
産業コンテキストにおいて、商業的VRは約30年間進化してきました。大規模な製品開発や製造企業にサービスを提供するために、専門的なニッチソフトウェア企業によって開発されたものであり、複雑なCAVE環境を通じて没入型の体験を作成することができ、プロジェクターが部屋サイズのキューブの3〜6枚の壁に投影されます。これにより、ユーザーは3Dの世界に没入した感覚を得ることができ、3Dメガネやハンドコントローラーまたは手袋を使用してインタラクションできます。しかしながら、CAVEsは非常に高価で、通常1百万ドル以上の費用がかかります。
PowerWallsは、必要な投資を約10万ドルに減らすことを試みており（4K解像度を求める場合はさらに高額になりますが）、CAVEのように、PowerWallはプロジェクションまたは最近ではマトリックスディスプレイを利用してディスプレイを作成します。再びCAVEのように、3Dメガネを使用して3次元の錯覚を作り出します。しかし、解像度に関係なく、結局のところ、フルスケールであっても2D画面で作業している感覚です。
ただし、データを3Dで表示するだけでは、没入型システムにはならないことにも注意が必要です。システムが本当に没入型になるのはモーションキャプチャトラッキング技術を通じてだけです。マーカーはシステムによって認識され、画面上の画像はその人の視点にレンダリングされます。これにより、追跡されたユーザーは適切に没入されます。ただし、1人しか追跡できません。それゆえ、他の全員が見ている場合、その視点は少しずれてしまい、追跡された人の真後ろに立たない限りオフセットされます。したがって、商業的なCAVEまたはPowerWallは、実際には一度に一人しか本当に没入できません。この事実を考慮すると、これらはさらに高価に見えます！
商業VRはCAVEsおよびPowerWallsの形で、シーメンス、ダッソーシステムズ、およびPTCのようなプロダクトライフサイクル管理（PLM）ソフトウェア開発者と密接に連携しており、VRを活用しようとする製品開発企業にとってもう一つの高コストの参入ポイントを提供します。同様に、これらの商業VRシステムで使用するためのデータの準備は困難で時間のかかるプロセスであり、より大きな企業は需要をサポートするために専任のデータ準備チームを導入しています。
興味深いことに、バーチャルリアリティは消費者の世界での並行開発経路を辿っています。消費者VRは約20年間進化してきました。商業VRとは異なり、消費者VRの背後にある技術企業は、サムスン、HTC、グーグル、およびオキュラス（Facebook）といった世界的なテックジャイアンツです。目的は、大規模な利用可能性と低コストです。しかし、特に商業VRとは異なり、この分野での複数のハードウェアジャイアンツにもかかわらず、消費者VRの背後にあるソフトウェアはゲーム業界から来ており、ユニティとアンリアルというゲーム業界の2つの巨大企業が支配しています。消費者VRは完全に没入型の技術であり、ユーザーは消費者用ヘッドマウントディスプレイを通じて完全にシミュレートされた環境を見ることができます。良い点は、ユーザーが任意の環境のフルサイズのシミュレーションに「移動」し、その環境とリンクされたハンドセットを通じてインタラクションできることです。また、このシミュレーションは、シミュレーション内で複数のユーザーがインタラクションできるようにします。これの素晴らしい例は、2018年の映画「レディ・プレイヤー1」で示されています。
消費者VRは、拡張現実と混合現実という2つの関連技術にさらに進化しました。消費者VRと同じグラフィカルエンジンを使用し、さらにアップルのARKitやグーグルのARCoreといった他の開発手法を含めることで、拡張現実（AR）は従来のデバイス（スマートフォンやタブレット）を使用して、実際の画像上にデジタルデータをオーバーレイして表示する能力を提供します。今日ではゲームアプリケーションによって支配されていますが、ARはトレーニングなどのアプリケーションで急速に普及しています。これにより、デジタルアセンブリまたはサービス指示が実世界の「位置決め基準」にデジタル画像を固定して提示されます。多くのトレーニングソリューションの開発者がこの機会を製造業者が活用できるよう支援しています。欠点は、作業中に画面を脇に置く必要があるため認知距離が生じること、または表示されている画像と一緒に作業しようとすると画面を持ち続けることが妨げになり得ることです。VUZIXやGoogle Glassのようなヘッドマウントディスプレイは、この問題に対処するために一部のハンズフリーのオプションを提供しています。ユーザーを比較的「平坦な」視覚体験に制限しているにもかかわらず（画面を通して）、それはデータを見る際の文脈的関連性に関して飛躍的な進歩です。ARは著しい成長を遂げており、業界観察者によって最終的には消費者VRを凌駕する勝者になると予測されています。
混合現実 (MR) は、この分野では比較的新しい存在です。最近まで、MRの分野はマイクロソフトのHoloLensによって支配されていましたが、最近ではGoogle、アリババ、AT&Tからの高名な投資を受けたMagic Leapの競争力のある提供により挑まれています。 デジタルと物理的なブレンドは、ユーザーにとって最も真の空間的コンテクストを提供する最も近いステップであり、フルサイズの3Dデジタルデータをユーザーの世界に「挿入」し、画面を「通じて見る」必要を排除します。 同じ空間にある他の物理的なユーザーを見ることができ、仮想の「アバター」を部屋に提示することもできるという明確な利点を持つMRは、認知ギャップを取り除くための最も近い解決策です。 消費者VRおよびARと同様に、MRは同じグラフィカルゲームエンジンによって可能になります。
エンジニアを設計に近づけるメリットが明白である一方で、商業VRのために必要な投資規模とそれを適用する際の複雑さは、多くの製品開発企業にとっての障壁となるでしょう。消費者VRおよび関連する拡張現実および混合現実技術は、参入の財務的障壁を克服する機会を提供します。「XR」と総称されるこれらの技術はまた、エンジニアが空間的に関連するコンテクストで設計のフルサイズのデジタル表現と対話するためのより良いソリューションを提供する可能性を持っています。残念ながら、工学領域での応用において、ユニティとアンリアルのゲームエンジンは、部品表（BoM）構造の管理などの製品開発のアプローチをサポートするためには設定されていません。この問題にはこの投稿の後半で戻ってきます。
今日の製品開発 - グローバルに分散したエンジニアリング
製品が完全に単一の場所で開発され、 開発チームが同じ場所に設定できる贅沢を享受できることは滅多にありません。今日の製品開発の現実は、国際的な国境を越えたコラボレーションを伴います。
エンジニアリングの技能ギャップは、10年以上も前に初めて指摘され、その後の議論の公法となっています。最近の調査結果は依然として悲観的な状況を描いており、2020年までには、資格を有する科学者、エンジニア、技術者の供給と増分需要との間の世界的なギャップが最大74％に達すると予想されています。2015年の英国産業連盟（CBI）による調査によれば、44％のエンジニアリング、科学、ハイテク企業が経験豊富なリクルートを適切なSTEMスキルで見つけることに困難を感じていると報告しました。必然的に、そのため、企業は他の場所でスキルを見つけることを余儀なくされ、自社のオフショア施設を設置したり、ヨーロッパ東部、インド、韓国、中国のような場所でエンジニアリングサービスプロバイダー（ESPs）と協力したりしています。エンジニアリングが従来の社内およびサプライチェーン・ソースから移行するにつれて、製造業者のESPsとのパートナーシップは、追加の容量への戦術的な対応から、製品実現ライフサイクル全体を通じて高い価値を提供する戦略的パートナーシップに進化しています。
技術は認知距離を縮めるためのソリューションかもしれませんが、エンジニアリングチームが同じ壁内で働くことができなくなったとき、コラボレーションを改善する手段はどうでしょうか？グローバルに分散した製品開発の現実は、エンジニアリングチームとその顧客がますます遠隔でのコラボレーションの課題に直面していることを意味します。
SpinFire XR - 次のコラボレーションのフロンティア
したがって、問題のステートメントは、認知距離を縮め、エンジニアを設計に近づけることで、同時に分散されたコラボレーションの現実に対応するものです。すべての目標は、設計および製造プロセスの品質と生産性を向上させることに集中する必要があります。
SpinFire XR は、「製造業と製造ビジネスの設計、エンジニアリング、製造プロセスを改善するために既存のデジタル資産を活用し、バーチャル、拡張、混合現実体験の中で協力するためのエンabling技術を提供すること」に挑戦しています。人間と機械の強みを組み合わせることで、XRは価値創造を劇的に向上させると信じています。私たちの目標は、すべてのサイズのビジネスのための技術に特化しないコラボレーションプラットフォームを作成することです – ‘XR for Everybody’。
私たちのアプローチの中心には、25年以上の製品ビジュアライゼーションの経験を活かし、技術に特化しない「ビジュアライゼーションパイプライン」を、没入型、文脈的、空間的に関連するXRのコラボレーティブワークスペースのコアに配置しています。いくつかのビジネスがすでに商業VRに多額の投資をしていることを認識し、このアプローチは既存の商業VRやフォトリアリスティックレンダリングプロセスをサポートし、改善します。
The ビジュアライゼーションパイプライン は、CADとビジュアライゼーションデータの迅速で効率的かつ柔軟な自動処理を可能にするサーバーベースの技術です。関連メタデータを維持しながら（元のソースに埋め込まれた重要な知識を保持）、すべてのビジュアライゼーションワークフローの出力を最適化するように設計されています。CAVEs およびPowerWalls をサポートするだけでなく、フォトリアリスティックレンダリング（Alias、VRED、3DExcite）をサポートし、既存の軽量表示技術（JT、Creo View、3D XML）をサポートし、XRベースのエクスペリエンスでの使用に向けてデータを準備します（UnityおよびUnrealによって駆動される）。コラボレーションが現実になるためには、彼らの選択したツールセットに関係なく、データがすべての人に利用可能でなければなりません。
ビジュアライゼーションパイプラインは、バックグラウンドでまたは必要に応じて「名前を付けて保存」および「ドラッグアンドドロップ」機能を使用してデータを自動的に処理できます。これにより専用のデータ処理チームは不要になります。
ただし、工学のコンテキストでビジュアライゼーション用にデータを準備することは、XRが表す可能性の活用に向けた第一歩に過ぎません。Tech Soft 3Dは、XRがどのように活用できるかを理解するために大きな投資を行ってきました。長期的な可能性だけでなく、今日すでに製品開発と製造ビジネスに実際のビジネス利益をもたらす方法の両方においてです。自動車および航空宇宙産業の初導入者と協力して、即時の利益を表す4つの主要なユースケースが特定されました。これらの体験をどう活用するべきかと検討するための一連のターゲットツールでさらに拡張、XRのツールセットから最も多くを得られる4つの『XRエクスペリエンス』を作成しました：
各ユースケースに焦点を当てた体験は、エンジニアが3D空間のコンテキストでデータと対話し、フルスケールでモデルを可視化するためのビジュアライゼーション体験を基にしています。ビジュアライゼーション体験は、モデルの可視化、ナビゲーション、爆発的解析、セクション解析、測定、材料や他の情報の調査（外部データベースから引き出されたデータを含む）に必要な基本ツールを提供します。
デザインレビューは製品開発ライフサイクルの重要な部分です。世界中のエンジニアは定期的に、そして重要なプログラムのマイルストーンでレビュー活動を行います。
リリースのステータスと成熟度（およびそこにあるギャップの特定/レビュー）。
既知の問題 / 予想される問題について話し合う。
新しい問題を検出する（例：ジオメトリ衝突問題、または製造/サービスアクセス問題）。
インテグレーション（インターフェース）問題を解決し、領域管理やブロック管理などの方法論を含む。
提案された変更について話し合う。
必要なビジネス機能を結集して、開発プロセスの可能な限り上流での意思決定を進める（プロセス後半での高価な変更を回避する）。
批判的に、デジタルデザインレビューは製造業者に次のことを可能にします：
レビュー/問題検出を助けるために物理プロトタイプを作成する費用を削減する。
分散チームがレビューに参加できるようにする。
下流の品質イベントの質を向上させ、焦点エリアのレビューを通知し誘導し、物理出力とデザイン意図の効果的な比較のための準備を整えること。
デザインレビュー体験はビジュアライゼーション体験を活用し、さらにエンジニアのグループ、地域またはリモートな場所でのグループがインタラクティブにデザインをレビューすることを可能にします。XR技術の没入型体験によってすべての関係者の認知距離を縮め、ユニークなコラボレーションワークスペースを提供します。重要なことに、レビューのプロセスは部分的または完全に記録され、コメントや問題をより広範囲なチームの他のメンバー（完全な管理レポートを含む）による広範なカスケードと使用のためにキャプチャできます。デザインレビュー体験は、分散した専門家と実務者をリアルタイムで結びつけ、レビュー、討論、問題解決を可能にし、アクセスを改善し、時間を節約し、高価な旅行を回避します。ファクトリーレイアウト体験もビジュアライゼーション体験の支援技術を活用し、生産エンジニアが生産施設の最適化を支援するための豊かなビジュアライゼーション体験を提供します。没入型VR体験を使用するか、ARおよびMR技術を通じてデータを実世界にアンカーすることで、エンジニアはフルスケールで生産施設のコンポーネントを作成および移動し、ワークフロー、人間工学的デザインの効率を評価できます。さまざまなレイアウト戦略を探求し、拡張チームによる広範な配布とレビューのために保存することができます。
ファクトリーレイアウト体験はプランナーのニーズに焦点を当て、機器やプラントレイアウトの最適化、コンポーネントビンや固定具などの補助設備の最適化を支援し、生産性と効率を最大化し、在庫を削減します。同様に、メンテナンス、清掃、ラインサイドのマテリアルハンドリングのためのアクセスを考慮に入れることができます。これらはすべて物理的なリソースをコミットする前に探求され、検証されることができ、費用のかかる時間のかかる後期変更の可能性を減らします。
VR環境でスキャンされたデータを使用するか、ARおよびMRデバイスを通じて実世界でフルスケールモデルを視覚化することで、生産エンジニアは絶えず変化する工場施設の現実に取り組むことができます。 建物の柱、電気および暖房システム、エアダクティングなどのインフラストラクチャを計画しています。
で生産オペレーターは通常、物理的な資産へのアクセスが遅く、新製品導入プロセスの後半まで製造工学における彼らの独自の洞察を提供することができません。 全く没入型または実世界の環境で作業することにより、スタッフはXRを活用して、上流のフィードバックを提供し、最終的な生産設計を改善し、再び費用のかかる時間のかかる後期変更の可能性を低減します。
の常識である製品開発および製造エンジニアは完璧に機能し、最も効果的な方法で製造（および組み立て）できる製品を一緒に開発する必要があります。 ファクトリーレイアウト体験は、デザインレビュー体験で導入された同じコラボレーション機能を活用します。 SpinFire XRツールセットの力は、XR技術の没入体験を通じて分散型グループのエンジニアがインタラクションすることを可能にし、すべての関係者の認知距離を縮め、ユニークなコラボレーションワークスペースを提供します。
SpinFire XR for Everyone
Tech Soft 3Dは、消費者VR（およびXR）技術の制限を克服するために努力し、製品開発および製造エンジニアが今日それらを活用できるようにしています。
バーチャル、拡張、混合現実技術の近距離から得られる利益に焦点を当て、モダンな製造業者がより多くの製品を追求し、市場投入までの時間を加速させ、優れたパフォーマンスを達成できるように支援する、即時使用可能なタスク指向のアプリケーションを提供するXRエクスペリエンスのスイートを作成しました。
SpinFire XRエクスペリエンスは、問題である認知距離に取り組み、エンジニアを設計に近づけると同時に、離れた場所でのコラボレーションの現実に対応することに緊密に統合された、コアビジュアライゼーションパイプラインと組み合わさっています。私たちのデバイスに特化しないソリューションと手法は、エンabling技術を通じてエンジニアリングおよび製造プロセスの品質と生産性を向上させる目的を鋭敏に追求します。