制造業(yè)中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)的早期采用者已經(jīng)證明，將這些先進(jìn)的技術(shù)用于員工培訓(xùn)將有助于彌合員工技能差距，改變控制工程師的培訓(xùn)和評估方式，并通過更好的管理老員工的離職和退休，保留和共享專業(yè)知識和知識產(chǎn)權(quán)，來順利實(shí)現(xiàn)新老員工的交替和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)傳承。

此外，AR和VR在提高員工生產(chǎn)力和安全性方面也顯示出其價(jià)值。例如，一家總部設(shè)在英國的大型航空航天和國防公司，利用AR創(chuàng)建更具靈活性的員工隊(duì)伍。借助AR技術(shù)該公司以過去十分之一的成本，在數(shù)小時(shí)內(nèi)就創(chuàng)建了工作導(dǎo)則，培訓(xùn)新員工的效率提高了30%至40%，并將裝配時(shí)間縮短了一半。

在另一案例中，總部設(shè)在美國的全球商業(yè)技術(shù)產(chǎn)品制造商利用AR將現(xiàn)場工程師與專家聯(lián)系起來，而不是僅僅提供服務(wù)手冊和電話支持。首次修復(fù)率提高了67%，工程師的效率提高了20%。解決問題的平均時(shí)間縮短了2小時(shí)以上。AR在創(chuàng)建和記錄培訓(xùn)工作程序方面的進(jìn)步表明，培訓(xùn)所花費(fèi)的時(shí)間減少了37%，記錄工作指令所需的時(shí)間減少了75%。

解決制造業(yè)勞動(dòng)力短缺問題

制造商正面臨著技術(shù)工人短缺的問題，多年來一直這樣，即使在失業(yè)率達(dá)到歷史低點(diǎn)之前也是如此。工人退休、經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張和日益擴(kuò)大的技能差距都是促成因素。根據(jù)美國勞工統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，制造企業(yè)新工人的平均任期為 5.3年，這意味著即使制造商吸引到了新的人才，未來再次招聘的可能性也很高。

最難填補(bǔ)的職位通常是對業(yè)績影響最大的職位?？刂乒こ處?、熟練的操作員、技術(shù)人員和機(jī)械師等技術(shù)職位，對于擴(kuò)大運(yùn)營、實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃和提高生產(chǎn)率至關(guān)重要。這些職位也是最需要培訓(xùn)和投資的職位。

內(nèi)部培訓(xùn)計(jì)劃是吸引和培養(yǎng)制造商所需求人才的關(guān)鍵。但是，傳統(tǒng)方法(如培訓(xùn)手冊、作業(yè)跟蹤以及評估和認(rèn)證流程) 已經(jīng)過時(shí)，效果較差且耗時(shí)。這些方法也不能滿足員工對不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的需求。

圖 1：借助AR技術(shù)，遠(yuǎn)程專家還可以用雙手在數(shù)字世界中繪圖、做標(biāo)記，向?qū)嶋H工作中的工人傳達(dá)想法和指示。本文圖片來源: PTC

AR和VR技術(shù)的區(qū)別

AR通過將數(shù)字內(nèi)容和分析疊加到現(xiàn)實(shí)世界中，改變了信息的使用方式。例如，想象一下，在制造環(huán)境中能夠借助3D眼鏡、手機(jī)或平板電腦，就可以查看覆蓋在機(jī)械和工廠車間的運(yùn)行數(shù)據(jù)、圖紙、文檔和藍(lán)圖。它還可以提供分步過程指導(dǎo)、運(yùn)行人員設(shè)置以及對指令、工作步驟、流程等進(jìn)行更改。

與AR不同的是，VR創(chuàng)造了完全沉浸式的體驗(yàn)。VR不會(huì)將數(shù)據(jù)和分析疊加到現(xiàn)實(shí)世界中，而是創(chuàng)建一個(gè)模擬環(huán)境。想象一下，身在辦公室就能夠虛擬訪問遠(yuǎn)程工廠或仍在建設(shè)中的工廠，如海上油氣平臺，而不必派員員到現(xiàn)場。

AR培訓(xùn)的優(yōu)勢

通常情況下，制造業(yè)的勞動(dòng)力培訓(xùn)由傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法通常由印刷手冊、基于計(jì)算機(jī)的培訓(xùn)、角色扮演和追蹤等多種方法構(gòu)成。這些方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，盡管如此，結(jié)果仍然有好有壞，難以預(yù)測。

傳統(tǒng)的培訓(xùn)教程不是交互式的，在很多時(shí)候可能難以解釋受訓(xùn)學(xué)員的疑問，不能根據(jù)個(gè)人需求進(jìn)行定制;角色扮演可能難以安排，并可能妨礙生產(chǎn)和降低生產(chǎn)能力。這類培訓(xùn)材料的創(chuàng)建和維護(hù)也需要大量時(shí)間，如果沒有離線設(shè)備，從培訓(xùn)中獲得的所有知識，仍需在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)踐。

圖 2: AR可幫助工作人員識別完成任務(wù)所需的適當(dāng)?shù)墓ぞ吆筒考?，提供分步指?dǎo)，并通過實(shí)時(shí)反饋報(bào)警和糾正錯(cuò)誤。

相比之下，AR滿足了多種學(xué)習(xí)風(fēng)格的需求，并帶來如下諸多好處：

●使培訓(xùn)具有視覺、聽覺和動(dòng)覺;

●實(shí)時(shí)提供分步的可視和口頭指導(dǎo);

●在工廠和倉庫中為工人提供更有效地導(dǎo)航;

●確定任務(wù)所需的適當(dāng)工具和部件;

●提供分步指導(dǎo);

●報(bào)警和糾正在實(shí)時(shí)反饋過程中采取的錯(cuò)誤措施;

●將關(guān)鍵性能指標(biāo)和操作數(shù)據(jù)顯示到設(shè)備上，以說明工廠正在如何應(yīng)對變化。

例如，如果控制或維護(hù)工程師被告知電機(jī)無法正常工作，AR可以引導(dǎo)工程師或技術(shù)人員到倉庫中尋找備件，將技術(shù)人員引導(dǎo)到電機(jī)在工廠內(nèi)的位置，并提供分步指導(dǎo)如何安全地執(zhí)行掛牌(LOTO)過程，并顯示引導(dǎo)說明，以拆卸舊電機(jī)并安裝新電機(jī)。完成后，AR還可以顯示如何正確啟動(dòng)機(jī)器。

通常，完成傳統(tǒng)的培訓(xùn)課程后，會(huì)對學(xué)員進(jìn)行評估，以確保對關(guān)鍵科目的理解和掌握，包括LOTO程序、過程危險(xiǎn)方法、OSHA指南等等。在某些情況下，會(huì)對受訓(xùn)人員進(jìn)行實(shí)際評估;在其它情況下，則可能只進(jìn)行認(rèn)證測試。

認(rèn)證和實(shí)踐評估有缺點(diǎn)。通過筆試和數(shù)字化考試，培訓(xùn)師無法評估學(xué)員是否掌握了成功所需的實(shí)體概念。而通過實(shí)踐評估，可對受訓(xùn)人員進(jìn)行重要的概念測試，但數(shù)據(jù)，如人為錯(cuò)誤和衡量整體業(yè)績的指標(biāo)，卻丟失了。這些數(shù)據(jù)有助于改進(jìn)未來的培訓(xùn)計(jì)劃。

AR提供了一種將兩種評價(jià)方法中的最佳部分結(jié)合起來的手段，對受訓(xùn)人員進(jìn)行實(shí)踐考試，同時(shí)掌握加強(qiáng)培訓(xùn)所需的基本數(shù)據(jù)。AR有能力識別何時(shí)利用了錯(cuò)誤的部件，裝配步驟何時(shí)出錯(cuò)，什么時(shí)候完成任務(wù)所需的時(shí)間太長，甚至在什么時(shí)候錯(cuò)誤步驟導(dǎo)致了安全風(fēng)險(xiǎn)。

更適合特殊場景的VR培訓(xùn)

在制造過程中，無論培訓(xùn)水平如何，總有一些工況需要工程師提前做好準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的培訓(xùn)方法不擅長解決這些應(yīng)急情況和特殊場景。

在過程工業(yè)中安全是最重要的。有些工況可能是運(yùn)營人員和控制工程師在整個(gè)職業(yè)生涯中都不會(huì)遇到的，但是它們?nèi)匀恍枰獙@些特殊情況做好準(zhǔn)備，例如失控反應(yīng)、化學(xué)泄漏或爆炸。或者是每年可能只發(fā)生一次的工況，比如關(guān)機(jī)和啟動(dòng)。在單一和混合制造中，運(yùn)行人員需要為產(chǎn)品轉(zhuǎn)換、設(shè)備升級和緊急情況做好準(zhǔn)備，以減輕和防止設(shè)施和人員受損的風(fēng)險(xiǎn)。

在這些情況下，VR可以帶來巨大的價(jià)值。通過沉浸式“數(shù)字化雙胞胎”，控制工程師可以利用角色扮演并在緊急場景下練習(xí)。在特定的制造環(huán)境下，他們不僅可以訓(xùn)練如何應(yīng)對突發(fā)的緊急情況，還可以了解不同的應(yīng)對措施對于運(yùn)營的影響。“數(shù)字化雙胞胎”和VR還提供了在實(shí)際環(huán)境中不存在的工況下培訓(xùn)運(yùn)營人員的機(jī)會(huì)，無論設(shè)施正在建設(shè)中、在偏遠(yuǎn)地方，還是在不安全的地方。

通過AR彌合技能差距

根據(jù)德勤公司的數(shù)據(jù)，在未來10年中，美國將有超過270萬嬰兒潮一代出生的人，帶著他們豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識從制造業(yè)退休。有效的離職管理，對于培養(yǎng)下一代控制工程師至關(guān)重要。但是，開發(fā)傳統(tǒng)的培訓(xùn)材料需要大量時(shí)間，而且材料很容易就過時(shí)了。

圖 3: VR通過模擬環(huán)境創(chuàng)造沉浸式體驗(yàn)，在模擬環(huán)境中，運(yùn)行人員幾乎可以在正在建設(shè)的生產(chǎn)線、裝置或工廠上進(jìn)行培訓(xùn)，而無需向現(xiàn)場派遣學(xué)員。

有了AR技術(shù)獲取專家知識的效率就會(huì)大大提高。熟練的技術(shù)工程師可以創(chuàng)建AR體驗(yàn)，而不是執(zhí)行完過程以后再花費(fèi)數(shù)小時(shí)的時(shí)間來記錄它。AR利用先進(jìn)的傳感器和計(jì)算機(jī)視覺，來捕捉記錄工廠位置和工作流程的音頻和視頻?？刂乒こ處熆梢源髦鷻C(jī)執(zhí)行任務(wù)，并在執(zhí)行過程中交談，就好像他們在訓(xùn)練某人一樣。同時(shí)，AR會(huì)同步記錄這些信息，并將其轉(zhuǎn)化為培訓(xùn)材料，供今后使用，這些材料也可以在AR經(jīng)驗(yàn)中發(fā)布，也可以以視頻、圖像和文本文檔等更傳統(tǒng)的格式出版(見圖 1)。

除此之外，AR還可以通過在遠(yuǎn)程專家和制造設(shè)施之間建立連接，來彌補(bǔ)技能差距。遠(yuǎn)程專家可以佩戴一個(gè)AR設(shè)備，專家看到的信息，同工廠中佩戴AR設(shè)備的人看到的一樣，并且可以在工廠環(huán)境背景下進(jìn)行對話。

遠(yuǎn)程專家還可以用雙手在數(shù)字世界中繪圖、做標(biāo)記，向?qū)嶋H工作中的工人傳達(dá)想法和指示。在采用AR技術(shù)之前，這種類型的交互式和視覺通信從未存在。它可以幫助工人完成不熟悉或具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，或在專家指導(dǎo)下解決問題。它還為即將退休但可能希望繼續(xù)兼職或遠(yuǎn)程工作的工人，提供更大的靈活性。

吸引、培訓(xùn)和留住下一代控制工程師的需求將是一個(gè)挑戰(zhàn);然而，AR和VR吸引了以技術(shù)為中心的千禧一代，并已證明先進(jìn)技術(shù)可以促進(jìn)培訓(xùn)和入職。有了AR和VR技術(shù)，控制工程師可以更好地應(yīng)對日常工況，以及在他們的職業(yè)生涯中從沒遇到的緊急情況。制造商應(yīng)該采用最新技術(shù)來彌合技能差距，確保高效、安全地過渡到下一代勞動(dòng)力。