Realidad virtual y escaneo 3D: Producción planificada digitalmente del Audi e-tron GT

El Audi e-tron GT es el primer modelo de la marca para el cual la producción ha sido planeada completamente sin necesidad de prototipos físicos. Múltiples innovaciones técnicas lo han hecho posible, incluyendo escaneos tridimensionales de edificios, procesos de machine learning y el uso de realidad virtual.

Todos los procesos de montaje, como los procedimientos y las acciones de los empleados, se probaron y optimizaron en espacios virtuales que modelan sus homólogos del mundo real hasta el más mínimo detalle. La planificación virtual se utiliza ahora permitiendo el trabajo digital y conectado sin viajes de negocios o asignaciones en el extranjero y más teniendo en cuenta la situación actual debida a la pandemia de coronavirus. Es por ello que los escaneos en 3D y la planificación en espacios virtuales hacen que los procesos sean más eficientes y sostenibles.

¿Dónde se utiliza la planificación virtual y por qué los escaneos 3D son tan importante?

En el proceso de planificación convencional de la producción de un nuevo modelo de Audi se utilizan diversos prototipos. Los prototipos de vehículos se fabrican durante la primera fase de planificación como modelos únicos con piezas construidas a mano. Este proceso lleva mucho tiempo y cuesta mucho dinero.

La planificación del montaje utiliza estos prototipos para definir y optimizar los procesos de producción posteriores. ¿Cuáles son las tareas del empleado? ¿Dónde tiene que estar ubicada una pieza para que el empleado tenga un acceso óptimo a ella? ¿Puede el empleado sostener e instalar la pieza por sí mismo? ¿Cómo tiene que moverse para hacerlo? ¿Hay otras piezas en el camino? ¿Qué herramientas necesita? Durante la planificación de la producción del Audi e-tron GT, estas preguntas se derivaron y respondieron completamente en el mundo virtual. Cada paso y cada acción fue probada en el espacio digital usando la realidad virtual.

El objetivo de la planificación virtual es asegurar que durante la posterior producción del vehículo, todos los procesos estén perfectamente engranados y los ciclos a lo largo de la línea estén perfectamente coordinados. Esto requiere que cada detalle de la sala de producción sea modelado con precisión y a escala. Aquí es donde entran en juego los escaneos en 3D. Utilizando hardware y software especial, crean una reproducción virtual de la instalación de producción física, incluyendo todo el equipo, herramientas y estantes.

 

 

¿Cómo funcionan los escáneres 3D y qué papel juega la inteligencia artificial?

El dispositivo de escaneo en 3D tiene aproximadamente dos metros de altura y está montado sobre cuatro ruedas para que un empleado pueda moverlo por los espacios. En la parte superior hay una unidad LiDAR (Light Detection and Ranging) y tres escáneres láser adicionales, así como una cámara.

Se llevan a cabo dos procesos simultáneamente mientras se escanea un espacio. La cámara de gran angular toma una foto del espacio mientras que los láseres lo miden con precisión y generan una nube de puntos tridimensional de los alrededores. Sólo en el emplazamiento de Neckarsulm ya se han escaneado 250.000 metros cuadrados de espacio de la sala de producción con esta tecnología.

La interacción entre el hardware y el software que toma los puntos, imágenes y conjuntos de datos generados y los convierte en una imagen global utilizable que puede ser utilizada con los sistemas de planificación existentes. El software utilizado aquí es un desarrollo propio de Audi basado en la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. La nube de puntos y las fotografías se combinan para producir un espacio tridimensional, foto-realista, similar a lo que se ve en Google Street View. Las proporciones y tamaños son verdaderos a escala y corresponden a la realidad. El software también reconoce automáticamente todos los objetos, como máquinas, estantes y sistemas en el espacio.

También aprende automáticamente con cada escaneo a reconocer, distinguir y clasificar los objetos con mayor precisión. Por ejemplo, el sistema distingue entre un estante y una viga de acero. La posición de la estantería puede ser cambiada en el programa más tarde y reubicada en el espacio virtual. La de la viga de acero no puede. Estos datos permiten un recorrido virtual de la instalación de producción escaneada desde cualquier punto de partida y pueden utilizarse directamente en los procesos de planificación.

 

 

¿Dónde está la planificación virtual con la realidad virtual ya utilizada y qué ventajas ofrece?

El Audi e-tron GT es el primer vehículo de la marca para el que los procedimientos de montaje y los procesos logísticos asociados se probaron exclusivamente de forma virtual y sin ningún tipo de prototipo físico.

Para ello, se prepara un modelo holístico y virtual del conjunto previsto con los datos del vehículo, el manejo de materiales, el equipo, las herramientas y los procesos planificados, como un llamado modelo digital. Los escaneos en 3D son un elemento de esto. El modelo digital es la base para otras innovaciones, como explica Andrés Kohler, responsable de la planificación del montaje virtual en Audi. «Gracias a una solución de realidad virtual desarrollada aquí en Audi y al modelo digital, los colegas de todo el mundo pueden ahora reunirse en espacios virtuales y encontrarse en el centro de la planta de producción del mañana. También pueden experimentar y optimizar los procesos planificados para cualquier variante de la pieza en nuestra aplicación». Los resultados pueden ser usados para entrenar a los empleados, también en base a la aplicación de realidad virtual.

Estas nuevas posibilidades se están utilizando ahora en un número cada vez mayor de proyectos adicionales y en múltiples emplazamientos. Por ejemplo, se celebró un taller 3P (Proceso de Preparación de la Producción) en la planta de Audi en San José Chiapa, México, en el que también participaron miembros del equipo del proyecto de Ingolstadt. Como avatares digitales y por lo tanto completamente virtuales, los expertos discutieron y planificaron la producción del estiramiento facial del Audi Q5 y el nuevo Q5 Sportback en realidad virtual.

Más que edificios y procesos: ¿Cómo funciona la planificación del contenedor virtual?

La planificación virtual no se limita a los procesos y procedimientos de trabajo, si no pueden planificarse con esta tecnología objetos como contenedores para el transporte y el almacenamiento de piezas sensibles, llamados contenedores de carga especial.

Estos contenedores para partes individuales particularmente sensibles del Audi e-tron GT, tales como módulos eléctricos o partes interiores, fueron planificados usando la aplicación de realidad virtual de Audi de cross-site y cross-division en lugar de usar múltiples prototipos físicos de hierro y acero.

La planificación del contenedor virtual funciona de la siguiente manera: dado que hay conjuntos de datos para todas las partes, estos pueden ser cargados directamente y a escala en la aplicación de realidad virtual. Al igual que en los talleres 3P, múltiples empleados de diferentes sitios se reúnen en un espacio virtual, donde utilizan la pieza para comprobar el portador de carga perfecto y a medida. En este proceso participan empleados de logística, planificación de montaje, seguridad laboral, garantía de calidad, planificación del flujo de materiales y también proveedores. Utilizan bolígrafos digitales para marcar sus cambios en los contenedores virtuales. Los contenedores se cargan y descargan, se mueven y se miden durante este proceso.

La seguridad óptima de la pieza durante el transporte es uno de los objetivos de esta planificación. Los empleados o un robot también deben ser capaces de agarrar fácilmente la pieza y sacarla del portador de carga. Una vez completado el diseño virtual, los datos son simplemente exportados y el portador de carga especial fabricado.

 

 

¿Qué perspectivas de futuro abre la planificación virtual?

El modelo digital es la base de otras posibilidades en el espacio virtual. Si se combinan las posibilidades de la planificación virtual, incluyendo el modelo digital, las exploraciones 3D y la aplicación de la realidad virtual con las de la impresión 3D, los talleres 3P también podrían realizarse en el futuro en realidad mixta. Las piezas individuales se producirían entonces de inmediato a través de una impresora 3D y sólo con una pequeña cantidad de recursos. Esto permite la prueba física de los elementos individuales en el espacio virtual, como la evaluación de la háptica y el peso de las piezas.

Un paso clave que combina las ventajas de ambos mundos. Las reuniones virtuales y la colaboración a través de avatares en el mundo virtual podrían sustituir cada vez más a las misiones en el extranjero y a los viajes de negocios más largos. Ya es posible hoy en día utilizar los espacios creados por el escáner 3D para la navegación digital en interiores. Y el posicionamiento de las máquinas y equipos en el espacio puede planificarse hasta el centímetro utilizando la realidad aumentada.