Explorando a Lacuna Cognitiva e o Potencial das Tecnologias XR
Desenvolvimento de produto, validação e industrialização tornaram-se um ciclo digital de ponta a ponta. No entanto, há uma desconexão fundamental entre a riqueza de dados digitais disponíveis para engenheiros de produto e fabricação e o mundo físico em que tentamos aplicá-los.
Este post discute o impacto da 'lacuna cognitiva' resultante e o desafio associado de equipes geograficamente distribuídas. Examina o potencial oferecido por uma nova geração de 'computação espacial' ou 'Realidade Estendida’ (XR) tecnologias e apresenta como a Tech Soft 3D tem aproveitado anos de experiência em Visualização de engenharia para criar espaços de trabalho colaborativos únicos.
Na Tech Soft 3D, acreditamos que, ao combinar as forças dos humanos e das máquinas e integrar a tecnologia digital ao mundo físico, a XR aumentará dramaticamente a criação de valor em engenharia.
Um Mundo que Exige Mais!
Vivemos em um mundo que está passando por mudanças em um ritmo sem precedentes. A tecnologia está evoluindo mais rapidamente, e as taxas de adoção da tecnologia estão acelerando; impulsionadas por mercados que amadurecem rapidamente e pelo crescimento da população global, o mundo está demandando maior escolha, personalização aumentada e desempenho superior. Os fabricantes estão respondendo com mais produtos, trazendo-os ao mercado mais rápido do que nunca, e buscando todas as oportunidades para obter uma vantagem competitiva.
O ritmo do desenvolvimento e da adoção da tecnologia pode estar esticando as capacidades de muitos, mas também é o habilitador para a transformação empresarial necessária para responder.
Desenvolvimento de produto, validação e industrialização tornaram-se um ciclo digital de ponta a ponta. No cerne do desenvolvimento moderno de produtos e manufatura, uma espinha dorsal digital agora conecta os engenheiros de produto ao domínio da manufatura e à empresa estendida upstream e downstream. Os engenheiros de produto e seus colegas de manufatura estão capturando dados, analisando e aprendendo com eles, e criando um feedback de loop fechado para melhoria contínua em todo o negócio completo. Essa espinha dorsal digital permite colaboração e distribuição fora da empresa tradicional, em um sistema de valor global. Ela fornece a base para a manufatura digital, e para a adoção de tecnologias avançadas de manufatura tanto hoje quanto amanhã.
Ecossistema Digital
Com a evolução da computação como parte essencial do design e da engenharia de manufatura, os métodos de engenharia sequencial e simultânea de design e desenvolvimento de produto foram substituídos por abordagens de engenharia simultânea. Ao abraçar a engenharia simultânea, os fabricantes podem evitar erros custosos, melhorar o custo e a qualidade, e acelerar o tempo de chegada ao mercado. No entanto, como Porter e Heppelmann notaram na edição de dezembro de 2017 da Harvard Business Review, "existe uma desconexão fundamental entre a riqueza de dados digitais disponíveis para nós e o mundo físico em que os aplicamos". Os autores continuam a notar que, "os dados ricos que temos agora para informar nossas decisões e ações permanecem presos em páginas e telas 2D".
Fechar a lacuna entre o mundo digital e físico apresenta uma oportunidade de explorar o poder do desenvolvimento de produtos digitais e da manufatura digital como uma vantagem competitiva. Este post discute como a Tech Soft 3D adotou uma abordagem única para tornar essa oportunidade acessível, demonstra como estamos ajudando fabricantes esclarecidos a abraçar a próxima onda de colaboração, e apresenta as tecnologias que estão na vanguarda desta revolução imersiva.
Fechando a Lacuna Cognitiva
Os humanos acessam e processam informações através de cada um dos nossos cinco sentidos; visão, audição, cheiro, gosto e tato. No entanto, a capacidade de processar essas informações varia entre os sentidos, e a maioria (cerca de 80% a 90%) das informações humanas são acessadas através da visão.
Nossa capacidade de consumir e processar informações é limitada pela demanda sobre nossa capacidade mental, no que é referido como 'carga cognitiva'. A carga cognitiva é impactada pelo esforço mental necessário para processar qualquer tipo dado de informação. Por exemplo, ao ler este artigo, é necessário esforço mental para traduzir letras em palavras, e as palavras devem ser ainda mais interpretadas em significado.
Mais importante, no contexto da desconexão entre os mundos digital e físico, a carga cognitiva também depende significativamente da 'distância cognitiva', ou seja, o gap entre a forma em que a informação é apresentada, e o contexto em que é aplicada. Por exemplo, ao seguir instruções de navegação a partir de um sistema de navegação por satélite montado no painel de um veículo, o motorista deve consumir a informação apresentada na tela, reter essa informação na memória de trabalho, traduzi-la para o mundo físico à sua frente e, em seguida, agir conforme as instruções, tudo isso enquanto ainda mantém o controle do veículo. A jornada cognitiva resultante cria uma carga cognitiva significativa. É por isso que estamos vendo Head-Up-Displays (HUDs) agora sendo usados para sobrepor os dados e orientações relevantes onde são necessários – ao colocar informações no contexto e sobrepô-las ao mundo físico através de uma projeção no para-brisa do veículo, isso reduz a distância cognitiva e, portanto, minimiza a carga cognitiva.
Os psicólogos levam esse conceito ainda mais longe, com pesquisas mostrando que os humanos podem atender a apenas uma 'tarefa cognitiva' de cada vez. A pesquisa mostra que a troca de tarefas (também conhecida como multitarefa) é "cara", levando mais tempo para ser concluída, e mais erros são cometidos quando você alterna entre tarefas. Se as tarefas forem complexas, então as penalidades de tempo e erro, ou 'custo cognitivo', aumentarão. Na verdade, a mesma pesquisa concluiu que a troca de tarefas poderia resultar em uma perda de até 40% de sua produtividade.
Considere, portanto, o cenário do engenheiro de hoje, limitado a visualizar versões reduzidas de modelos 3D, através de uma tela 2D, enquanto tenta considerar o impacto das mudanças no contexto de produtos em tamanho real no mundo real.
Dadas as pressões crescentes sobre os fabricantes para fazer mais, fazê-lo mais rápido e fazê-lo melhor, as vantagens de fechar a distância cognitiva, e o potencial de melhorar a produtividade é uma razão convincente para aceitar o desafio no contexto de engenharia.
Como a Tecnologia Tem Respondido para Fechar a 'Distância Cognitiva'?
Realidade Virtual (VR) é uma experiência interativa gerada por computador que ocorre em um ambiente totalmente simulado, incorporando feedback auditivo e visual, mas também pode incluir outros tipos de feedback sensorial, como hápticos. A simulação gerada por computador de uma imagem ou ambiente tridimensional pode ser interagida de maneira aparentemente real ou física por uma pessoa usando equipamento eletrônico especial, como um display montado na cabeça ou luvas equipadas com sensores. Em um sentido literal, a VR pode tornar possível 'experimentar' qualquer coisa, em qualquer lugar, a qualquer momento. É o tipo mais imersivo de tecnologia de realidade.
Em um contexto industrial, a VR comercial está evoluindo há cerca de 30 anos. Desenvolvida por empresas de software de nicho especializadas, para atender grandes empresas de desenvolvimento e manufatura de produtos, a experiência imersiva pode ser criada através de ambientes complexos de CAVE, onde projetores são direcionados em três a seis das paredes de um cubo do tamanho de uma sala. Isso produz renderizações em tamanho real, dando ao usuário uma sensação de estar imerso em um mundo 3D que pode ser interagido através de óculos 3D e um controlador manual ou luva. No entanto, as CAVEs são extremamente caras, custando algo em torno de $1M+.
PowerWalls tentaram reduzir o investimento necessário para cerca de $100k (possivelmente mais se uma resolução 4K for buscada). Como uma CAVE, um PowerWall cria uma exibição através de projeção ou, mais recentemente, através de uma matriz de exibição. Novamente, como em uma CAVE, óculos 3D são usados para criar a ilusão de três dimensões. No entanto, apesar da resolução, inevitavelmente a sensação é de estar trabalhando em uma tela 2D, embora em escala real.
Também vale a pena notar que apenas apresentar os dados em 3D não faz um sistema imersivo. É apenas através de tecnologias de rastreamento de captura de movimento que o sistema se torna realmente imersivo. Os marcadores são vistos pelo sistema e a imagem na tela é renderizada a partir do ponto de vista daquela pessoa. Isso significa que o usuário rastreado está propriamente imerso. No entanto, só pode rastrear uma pessoa. Assim, para todos os outros que estão assistindo, a visão é ligeiramente deslocada, a menos que estejam diretamente atrás da pessoa rastreada. Assim, sua CAVE ou Powerwall comercial é realmente imersiva apenas para uma pessoa de cada vez; quando você considera este fato, elas parecem ainda mais caras!
A VR comercial sob a forma de CAVEs e PowerWalls tem estado estreitamente alinhada aos desenvolvedores de software de Gerenciamento do Ciclo de Vida do Produto (PLM), como Siemens, Dassault Systèmes e PTC, apresentando outro ponto de entrada de alto custo para empresas de desenvolvimento de produtos que tentam alavancar a VR. Da mesma forma, a preparação de dados para uso nesses sistemas de VR comercial é um processo difícil e demorado, resultando em grandes empresas implantando equipes dedicadas à preparação de dados para suportar a demanda.
Interessantemente, a Realidade Virtual tem visto um caminho de desenvolvimento paralelo no mundo do consumidor; a VR do consumidor tem evoluído há cerca de 20 anos. Ao contrário da VR comercial, as empresas de tecnologia por trás da VR do consumidor são gigantes de tecnologia global, como Samsung, HTC, Google e Oculus (Facebook). O objetivo tem sido a disponibilidade em larga escala e baixo custo. Mais significativamente, no entanto, ao contrário da VR comercial, e apesar de múltiplos gigantes do hardware atuarem neste campo, o software por trás da VR do consumidor vem da indústria de jogos, e é dominado por dois jogadores massivos no mundo dos games; Unity e Unreal. A VR do consumidor é uma tecnologia totalmente imersiva, com o usuário vendo um ambiente completamente simulado através de exibições montadas na cabeça do consumidor. O lado positivo é que os usuários podem ser 'transportados' para uma simulação em tamanho real de qualquer ambiente, e então interagir com aquele ambiente através de handsets ligados. A simulação também permite que vários usuários interajam dentro do mundo simulado. Um exemplo fantástico disso foi retratado no filme de 2018 “Ready Player One”.
A VR do consumidor evoluiu ainda mais em duas tecnologias alinhadas, Realidade Aumentada e Realidade Mista. Usando as mesmas engines gráficas que a VR do consumidor, mas também agora incluindo outras abordagens de desenvolvimento, como o ARKit da Apple e o ARCore do Google, a Realidade Aumentada (AR) fornece a capacidade de sobrepor e visualizar dados digitais sobre imagens do mundo real, usando dispositivos tradicionais como smartphones e tablets. Embora hoje seja dominada por aplicativos de jogos, a AR está vendo uma rápida adoção em aplicações como treinamento, onde instruções de montagem ou serviço digitais podem ser apresentadas ancorando imagens digitais em 'localizadores' do mundo real. Várias soluções de treinamento estão ajudando os fabricantes a explorar essa oportunidade. A desvantagem pode ser a distância cognitiva criada por ter que colocar a tela de lado enquanto trabalha, ou o obstáculo de segurar uma tela enquanto tenta trabalhar com as imagens exibidas. Dispositivos montados na cabeça, como VUZIX, ou o Google Glass, apresentaram algumas opções mãos livres para abordar esse problema. Apesar de restringir o usuário a uma experiência de visualização relativamente 'plana' (através de uma tela), é um passo substancial à frente em termos de relevância contextual ao visualizar dados. A AR está vendo um crescimento significativo, e é previsto por observadores da indústria que será, em última análise, a vencedora sobre a VR do consumidor.
Realidade Mista (MR) é um recém-chegado relativo neste espaço. Até recentemente, o espaço MR tem sido dominado pelo Microsoft HoloLens, mas recentemente desafiado por uma oferta competitiva da Magic Leap (com investimento de alto perfil do Google, Alibaba e AT&T), ambos fornecendo um Display Montado na Cabeça (HMD) que mistura dados digitais [holográficos] com o mundo físico. Esta fusão digital e física é o passo mais próximo até agora para a provisão de contexto espacial real para o usuário, colocando dados digitais em tamanho real 'no' mundo do usuário, e removendo a necessidade de 'visualizar através' de uma tela. Com a vantagem distinta de poder ver outros usuários físicos no mesmo espaço, e até mesmo apresentar 'avatares' virtuais de usuários na sala, MR é a solução mais próxima até agora para remover a lacuna cognitiva. Assim como a VR do consumidor e a AR, a MR é habilitada pelas mesmas engines gráficas de jogos.
Enquanto a vantagem de aproximar os engenheiros de seus projetos pode ser óbvia, a escala do investimento necessário para a VR comercial - e as complicações de aplicá-la - apresentarão uma barreira para muitas empresas de desenvolvimento de produtos. A VR do consumidor e as tecnologias relacionadas de Realidade Aumentada e Mista apresentam uma oportunidade para superar as barreiras financeiras à entrada. Essas tecnologias, conhecidas coletivamente como 'XR', também representam o potencial de fornecer aos engenheiros soluções melhores para interagir com representações digitais em tamanho real de seus projetos em um contexto espacialmente relevante. Infelizmente para aplicação no campo da engenharia, as 'engines' de jogos Unity e Unreal não são configuradas para suportar abordagens de desenvolvimento de produtos, como a gestão de uma estrutura de BoM (Bill of Materials) – voltaremos a esse problema mais tarde neste post.
Desenvolvimento de Produto Hoje - Engenharia Distribuída Globalmente
Raramente os produtos são completamente desenvolvidos em um único local com o luxo de equipes de desenvolvimento colocalizadas. A realidade do desenvolvimento de produtos hoje envolve colaboração em fronteiras internacionais.
A lacuna de habilidades em engenharia foi destacada pela primeira vez há mais de uma década, e desde então tem sido o tema de muito debate. Descobertas recentes continuam a pintar um quadro desanimador, prevendo que até 2020, a lacuna global entre a oferta e a demanda incremental por cientistas, engenheiros e técnicos qualificados pode ser tão alta quanto 74%. Em uma pesquisa de 2015 pela Confederação da Indústria Britânica (CBI), 44% das empresas de engenharia, ciência e alta tecnologia relataram dificuldades em encontrar recrutados experientes com as habilidades STEM corretas. Inevitalmente, portanto, as empresas foram forçadas a localizar habilidades em outros locais, estabelecendo suas próprias instalações offshore, ou trabalhando com Provedores de Serviços de Engenharia (ESPs), em locais como Europa Oriental, Índia, Coreia e China. À medida que a engenharia se move de fontes tradicionais internas e da cadeia de suprimentos, as parcerias dos fabricantes com ESPs estão evoluindo de uma resposta tática para capacidade adicional, progredindo em vez disso para parcerias estratégicas que oferecem maior valor ao longo de todo o ciclo de realização do produto.
A tecnologia pode ser uma solução para fechar a Distância Cognitiva, mas o que dizer sobre melhorar a colaboração quando as equipes de engenharia não podem mais trabalhar dentro das mesmas paredes? As realidades do desenvolvimento de produtos distribuído globalmente significam que as equipes de engenharia e seus clientes estão enfrentando cada vez mais o desafio de colaboração à distância.
SpinFire XR - A Próxima Fronteira da Colaboração
A declaração do problema, portanto, é reduzir a distância cognitiva, aproximando os engenheiros de seus projetos, enquanto simultaneamente aborda as realidades da colaboração à distância. Tudo isso deve ser focado no objetivo de melhorar a qualidade e a produtividade dos processos de engenharia e manufatura.
SpinFire XR assumiu o desafio de ‘fornecer tecnologias habilitadoras para empresas de engenharia e manufatura para melhorar seus processos de design, engenharia e manufatura, utilizando ativos digitais existentes para colaborar dentro de Experiências Inovadoras de Realidade Virtual, Aumentada e Mista’. Ao combinar as forças dos humanos e das máquinas, acreditamos que a XR aumentará dramaticamente a criação de valor. Nosso objetivo tem sido produzir uma plataforma de colaboração agnóstica em termos de tecnologia para empresas de todos os tamanhos – ‘XR para Todos’.
No centro de nossa abordagem estamos aproveitando mais de 25 anos de experiência em Visualização de produtos, colocando um 'Pipelines de Visualização' agnóstico em tecnologia no núcleo de espaços de trabalho colaborativos de XR imersivos, contextuais e espacialmente relevantes. Reconhecendo os investimentos significativos que algumas empresas já fizeram na VR comercial, esta abordagem também suporta e melhora quaisquer processos existentes de VR comercial ou renderização fotorrealística.
O Pipelines de Visualização é uma tecnologia baseada em servidor que permite o processamento rápido, eficiente, flexível e automatizado de dados de CAD e Visualização, mantendo os metadados associados (retenção do conhecimento essencial embutido na fonte original). Ele foi projetado para otimizar a saída para todos os fluxos de trabalho de Visualização, suportando CAVEs e PowerWalls, mas também suportando renderizações fotorrealísticas (como Alias, VRED e 3DExcite), tecnologias leves de visualização existentes (como JT, Creo View e 3D XML), e preparando dados para uso dentro de experiências baseadas em XR (impulsionadas por Unity e Unreal). Para que a colaboração se torne uma realidade, os dados devem estar disponíveis para todos, independentemente de seu conjunto de ferramentas de escolha.
O Pipelines de Visualização pode processar dados automaticamente em segundo plano, ou sob demanda com funcionalidade ‘salvar como’ e ‘arrastar e soltar’, eliminando a necessidade de equipes dedicadas ao processamento de dados.
No entanto, preparar dados para Visualização no contexto de engenharia é apenas o primeiro passo para a exploração do potencial que a XR representa. A Tech Soft 3D investiu significativamente para entender como a XR pode ser aplicada, não apenas em termos do potencial de longo prazo, mas também como a tecnologia pode ser explorada hoje para trazer benefícios reais aos negócios de desenvolvimento de produtos e manufatura. Trabalhando com os primeiros adotantes nas indústrias Automotiva e Aeroespacial, quatro casos de uso chave foram identificados que representam um benefício imediato; criamos quatro ‘Experiências XR’ que aproveitam ao máximo o conjunto de ferramentas XR, e estendemos ainda mais essas experiências com um conjunto de ferramentas direcionadas para entregar o maior ganho:
Cada experiência centrada em casos de uso se baseia na Experiência de Visualização fundamental, que capacita engenheiros a interagir com dados em um contexto espacial 3D, visualizando seus modelos, em escala real. A Experiência de Visualização fornece as ferramentas essenciais para visualizar, navegar, explodir, seccionar e medir, além de interrogar materiais e outras informações (incluindo dados extraídos de bancos de dados externos).
Revisões de design são uma parte crítica do ciclo de vida de desenvolvimento de produtos. Em todo o mundo, engenheiros se reúnem regularmente e em marcos de programa chave para realizar atividades de revisão como:
Status de liberação e maturidade (e identificar/revisar lacunas nelas).
Discutir problemas conhecidos / problemas previstos.
Detectar novos problemas (por exemplo, questões de colisão de geometria ou problemas de acesso à fabricação/serviço).
Resolver problemas de integração (interface), incluindo metodologias como gestão de zonas/gestão de blocos.
Discutir mudanças propostas.
Reunir as funções empresariais necessárias para mover a tomada de decisões o mais a montante possível no processo de desenvolvimento (evitando mudanças custosas no final do processo).
Criticamente, as revisões digitais de design permitem que os fabricantes:
Reduzam o custo de produção de protótipos físicos para auxiliar na revisão/detecção de problemas.
Permitiram que o processo de revisão incluísse equipes distribuídas.
Melhorar a qualidade dos eventos de qualidade a jusante, informando e sinalizando a revisão de áreas focais, além de melhor se preparar para a comparação efetiva entre o resultado físico e a intenção de design.
A Experiência de Revisão de Design aproveita a Experiência de Visualização, mas permite ainda que um grupo de engenheiros, localmente ou em locais remotos, revise interativamente um design através da experiência imersiva das tecnologias XR, fechando a distância cognitiva para todos os envolvidos, e fornecendo um espaço de trabalho colaborativo único. Importante, o processo de revisão pode ser gravado em parte ou na totalidade, capturando comentários e problemas para uma cascata mais ampla e uso por outros membros da equipe estendida (incluindo relatórios de gestão completos). A Experiência de Revisão de Design pode reunir expertos e profissionais distribuídos para revisar, debater e resolver problemas em tempo real, melhorando o acesso, economizando tempo, e evitando viagens custosas. A Experiência de Layout de Fábrica, novamente aproveitando as tecnologias habilitadoras da Experiência de Visualização, fornece uma rica experiência de Visualização projetada para ajudar engenheiros de produção na otimização de instalações de produção. Usando uma experiência VR imersiva ou ancorando os dados no mundo real através de tecnologias AR e MR, os engenheiros podem trabalhar em escala real para criar e mover os componentes de instalações de produção, avaliando a eficiência do fluxo de trabalho, do design humano e ergonômico. Diferentes estratégias de layout podem ser exploradas e salvas para uma distribuição mais ampla e revisão pela equipe estendida.
A Experiência de Layout de Fábrica foca nas necessidades do planejador, facilitando a otimização de equipamentos e layout de plantas, e dos ancillaries como caixas de componentes e stillages, maximizando assim a produtividade e eficiência, e reduzindo o inventário. Da mesma forma, os engenheiros podem considerar caminhos de acesso para manutenção, limpeza e movimentação de materiais à beira da linha. Tudo isso pode ser explorado e validado antes de se comprometer com recursos físicos; reduzindo o potencial para mudanças tardias e dispendiosas.
Usando dados escaneados em um ambiente VR ou utilizando modelos em tamanho real visualizados no mundo real por meio de dispositivos AR e MR, engenheiros de produção podem trabalhar em torno das realidades de instalações de fábrica em constante mudança; planejando em torno de infraestruturas como pilares de edifícios, instalações elétricas e de aquecimento, e dutos de ar.
Operadores de produção muitas vezes são prejudicados por acesso tardio a ativos físicos e, tipicamente, não podem contribuir com sua visão única em engenharia de produção até tarde no processo de introdução de novos produtos. Trabalhando em ambientes totalmente imersivos ou no mundo real, os funcionários podem alavancar a XR para fornecer feedback a montante, melhorando o design final de produção e, mais uma vez, reduzindo o potencial para mudanças dispendiosas e demoradas.
É senso comum que engenheiros de desenvolvimento de produtos e manufatura devem trabalhar juntos para desenvolver um produto que funcione perfeitamente e seja fabricado (e montado) da maneira mais eficaz. A Experiência de Layout de Fábrica tira vantagem das mesmas funções de colaboração introduzidas na Experiência de Revisão de Design. O poder do conjunto de ferramentas SpinFire XR capacita grupos distribuídos de engenheiros a interagir através da experiência imersiva das tecnologias XR, fechando a distância cognitiva para todos os envolvidos, e fornecendo um espaço de trabalho colaborativo único.
SpinFire XR para Todos
A Tech Soft 3D tem trabalhado arduamente para superar as limitações das tecnologias de VR do consumidor (e XR) para que possam ser aproveitadas por engenheiros de desenvolvimento de produtos e manufatura hoje.
Focando no ganho de curto prazo das tecnologias de Realidade Virtual, Aumentada e Mista, elaboramos um conjunto de Experiências XR que trazem aplicativos orientados por tarefas, prontos para uso, para ajudar os fabricantes modernos na busca de mais produtos, tempo de chegada ao mercado acelerado e desempenho superior.
As Experiências SpinFire XR, intimamente integradas ao principal Pipelines de Visualização, abordam o problema da distância cognitiva, aproximando os engenheiros de seus designs, enquanto simultaneamente abordam as realidades da colaboração à distância. Nossas soluções e metodologias agnósticas em termos de dispositivo mantêm um foco afiado no objetivo de melhorar a qualidade e a produtividade dos processos de engenharia e manufatura por meio de tecnologias habilitadoras.