استخدام واقعة الافتراضية للتدريب والتحكّم في المشاريع الهندسية

وقد تطورت واقعة الافتراض من تكنولوجيا الترفيه المتخصصة إلى أداة تحولية للتدريب والتطوير في مجال الهندسة، ومن خلال إشراك المستخدمين في البيئات التفاعلية الثلاثة الأبعاد، تمكن المؤسسة المهندسة من تصور النظم المعقدة، وإجراءات الممارسة، واختبار السيناريوهات دون قيود على النماذج الأولية المادية أو المخاطر في العالم الحقيقي، ومن مشاريع البنية التحتية المدنية إلى تصنيع الفضاء الجوي، ومن ثم فإن المنظمات الهندسية الرائدة تقوم بتحسين النتائج المحتملة في مجال التطوير.

The Rise of Virtual Reality in Engineering

وقد اعتمدت الهندسة دائما على النماذج والرسومات والمحاكاة لسد الفجوة بين المفهوم والواقع، غير أن الأساليب التقليدية كثيرا ما تقصر في نقل العلاقات المكانية، والتفاعلات الدينامية، أو الخبرة الحسية في معدات التشغيل، وتعالج هذه القيود بوضع المستعملين في إطار توأم رقمي كامل التفاعل في المشروع، وقد أدت التطورات في معدلات العرض الرأسي، وتتبع الحركة، وجعلت الشركات العاملة في مجال التدريب على عمليات النقل في الوقت الحقيقي إلى زيادة كبيرة.

الفوائد الرئيسية للتجهيزات المميتة للتدريب والتحكيم الهندسيين

اقتناء المهارات الخالية من المخاطر

ومن أكثر مزايا عملية VR إلحاحا القدرة على ممارسة مهام عالية الخطورة دون عواقب، ويمكن للمهندسين والتقنيين تكرارا أن يؤدوا إجراءات - مثل تشغيل الأجهزة الثقيلة، أو تنفيذ عمليات إغلاق الطوارئ، أو تجميع العناصر المعقدة - في بيئة افتراضية آمنة، مما يؤدي إلى زيادة الذاكرة والثقة في العضلات، مما يقلل من احتمال وقوع أخطاء في المشاريع الحية، وقد أظهرت الدراسات التي أجريت في جامعة ميريلاند أن التدريب يؤدي إلى حد كبير إلى أداء تقليدي.

التكلفة والكفاءة الزمنية

وتكلف النماذج الأولية والصور المادية بناء وتعديلها، ويتيح هذا النظام للأفرقة تكرار تصميمات وتدريب نماذج افتراضية بجزء من التكلفة، وقد استخدم نظام رصد الأداء، على سبيل المثال، في تجميع نموذج كامل لطائراته البالغ عددها 777X، مما يتيح للمهندسين تحديد مسائل التجمع قبل بدء الإنتاج، وقد وفر هذا النهج ملايين الدولارات في تكاليف إعادة العمل، كما أنه يمكن أن يُكرّس الجدول الزمني للرحلات.

تعزيز التأهب للسلامة

ويكرر التدريب في مجال السلامة في حالات الطوارئ الحالات الخطرة - مثل الانسكابات الكيميائية أو الانهيار الهيكلي أو الأخطاء الكهربائية - مع الواقعية غير المزرية - ويتعلم العمال اتباع بروتوكولات الطوارئ ويديرون معدات السلامة دون التعرض لخطر فعلي، وقد أيد المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنيتين (NIOSH) برنامج التدريب على سلامة الألغام، متذرعاً بالتحسينات القابلة للقياس في أوقات الاعتراف بالأخطار والاستجابة لها، وبتحفيز سيناريوهات الأسوأ، يمكن للمنظمات أن تبني ثقافة أمان استباقية.

تحسين استعراض التصميم والتعاون

وكثيرا ما تفشل المخططات التقليدية للزراعة من طراز 2D وشاشات الأشعة السينية في كشف النزاعات المكانية أو القضايا المسببة للاضطرابات، كما أن نظام " VR " يتيح لأصحاب المصلحة المشي عبر مبنى كامل أو أرضية مصنع أو توربينات رياحية كما لو كان قد تم بناؤه بالفعل، ويمكن لأفرقة التصميم أن تُحدث مشاكل في مجال إزالة الألغام أو إعاقة بصيانة المعالم أو مسائل تتعلق بالوصول إلى الصيانة في مرحلة مبكرة من مراحل التصميم.

التطبيقات العملية عبر التأديب الهندسي

الهندسة المدنية والهيكلية

وفي مجال الهندسة المدنية، يستخدم مركز البحوث في مجال الجسور، ومحاكاة تشييد الأنفاق، والتخطيط الحضري، ويمكن للمهندسين تحفيز تدفق حركة المرور، وحركة المشاة، والشحنات الهيكلية في بيئة افتراضية، وعلى سبيل المثال، فإن تشييد جسر هونغ كونغ - زوهاي - مكاو الجديد قد استخدم في مركز البحوث والتدريب على تسلسل التجمعات المعقدة وتحديد مخاطر السلامة قبل نشره.

الهندسة الميكانيكية وصناعة التحويل

ويستخدم مهندسو الصناعة التحويلية في تصميم خطوط الإنتاج، وتقنين مناولة المواد، وتدريب المشغلين على النظم الآلية، وقد نفذت شركة فورد موتور عملية محاكاة خط التجميع، مما أتاح للمهندسين تقييم أوقات العمل المتحركة ودورة العمل دون تعطيل الإنتاج، مما أدى إلى انخفاض بنسبة 30 في المائة في الإصابات الناجمة عن الارتداد وانخفاض كبير في وقت تغيير الخط.

الهندسة الفضائية الجوية والسيارات

وفي الفضاء الجوي، تدعم هيئة VR التدريب التجريبي، وعمليات المحاكاة والصيانة، والتحقق من تصميم الكوكب، وتستخدم وكالة الفضاء الأوروبية جهازاً للتصوير VR لتدريب رائدي الفضاء على الأنشطة الخارجة من المركبات، وبالمثل، يستخدم مهندسو السيارات VR لاختبار اختبار التحطم، وأجهزة إيرغونيوم المركبات، واختبار سيناريو القيادة المستقل، وقد وضعت أداة قائمة على VR لتصنيف المواد في المناطق الداخلية، مما يتيح للزبائن ومهندسات.

الهندسة الكهربائية والنظمية

ويستخدم المهندسون الكهربائيون في شبكة الطاقة النموذجية ومراكز البيانات وغرف المراقبة، ويمكن للمهندسين محاكاة موازنة الحمولة، وظروف الخطأ، والاستجابة في حالات الطوارئ في بيئة آمنة، ويستخدم مهندسو النظم في قطاع الدفاع نظام VR لأغراض محاكاة القيادة والمراقبة، ويجمع بين اختبارات الإنسان في الداخل مع التكنولوجيا الرقمية المزدوجة للتحقق من هياكل النظام.

تنفيذ عملية إعادة التأهيل في المشاريع الهندسية: نهج تدريجي

تقييم الاحتياجات وتحديد الأهداف

وتتمثل الخطوة الأولى في تحديد نقاط ألم محددة يمكن أن يعالجها مركز فيينا الدولي، هل الهدف هو تقليص وقت التدريب، وتحسين التعاون في مجال التصميم، أو تعزيز السلامة؟ تحديد أهداف واضحة وقابلة للقياس، مثل الحد من الأخطاء في التكليف بنسبة 20 في المائة أو تقليص الوقت المتاح للتقنيين الجدد، وإشراك أصحاب المصلحة من الهندسة والتدريب وتكنولوجيا المعلومات لمواءمة التوقعات.

اختيار منهاج عمل VR وهاردواير

وكثيرا ما تتطلب التطبيقات الهندسية للفحص المزود بالأشعة المقطعية رسوما بيانية عالية الجودة وتتبعا دقيقا، وبالنسبة للخبرات الثابتة، فإن الرؤوس المتطاولة مثل دليل المشاهدة أو تقييم القيمة العالي توفر قدرا أكبر من الحل وتتبع المتحكمين، وبالنسبة للإنشاءات المتنقلة أو التعاونية، فإن الأجهزة القائمة القائمة القائمة على أساس الضبط مثل مجموعة ال Meta Quest 3 توفر المرونة.

تطوير المحتوى الضار

ويبدأ إنشاء محتوى VR بتحويل نماذج الـ 3D إلى مشاهد تفاعلية، وقد ينطوي ذلك على تحقيق الحد الأمثل من عمليات عد البوليغون، وإضافة تفاعلات قائمة على الفيزياء، وتدوين توجيهات المستعملين، وفيما يتعلق بالتدريب، تشمل التعليمات المتدرجة، والتغذية المرتدة في الوقت الحقيقي، ومقاييس الأداء، ويشترك العديد من الشركات مع مطوري الأشعة المتطورة أو تستخدم أفرقة داخلية ذات مهارات في تطوير المحركات.

التكامل مع تدفقات العمل القائمة

ينبغي أن تكمل عملية المراجعة الداخلية للحسابات العمليات الهندسية القائمة، لا أن تحل محلها، وأن تدمج نواتج استعراض الأداء بعد انتهاء الخدمة مع نظام إدارة دورة حياة المنتجات ونظم الوثائق لضمان تتبع التغييرات في التصميم، وأن تُعقد دورات استعراض منتظمة لاستعراض النتائج كجزء من عملية إنجاز المشروع، وأن تُدمج نماذج التدريب على النتائج مع التعلم الإلكتروني التقليدي والممارسة العملية على نحو يُعزز الاحتفاظ بها ونقلها.

التغلب على التحديات التي تواجه التبني

التكلفة والتسويغ القائم على النتائج

ويمكن أن تكون الاستثمارات الأولية في معدات وبرامجيات ومحتويات VR كبيرة - تتراوح عادة بين ٠٠٠ ٥٠ دولار و ٠٠٠ ٥٠٠ دولار للنظم التي تصنف في مستوى المؤسسة - لتبرير النفقات، وحساب الوفورات المحتملة من انخفاض وضع النماذج، والأخطاء الأقل، ودورات التدريب الأقصر، وانخفاض معدلات الإصابة، وتبين من دراسة حالة أجراها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا أن تنفيذ نظام الإبلاغ عن الأضرار في مجال الصناعة التحويلية حقق ثلاثة أعوام من خلال تحسين النوعية.

الاحتياجات التقنية والمتعلقة بالمهارات

وقد يحتاج المهندسون الذين يرتدون إلى واجهات بينية من نوعي الديوكسينات إلى التدريب على استخدام أدوات VR بفعالية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن وضع نماذج عالية الجودة يتطلب إنشاء محطات عمل ذات جودة عالية، قد يكون عائقا أمام الشركات الأصغر حجما، كما أن حلولاً لبث الأشعة المحتوية على ترددات، مثل الأشعة المكتومة في الأنديز، آخذة في الظهور لخفض الطلب على المعدات.

قبول المستخدمين والمرضى بالحركة

ويعاني بعض المستعملين من مرض في الفضاء الإلكتروني، وهو شكل من أشكال مرض الحركة الناجم عن أخطاء في المعالم بين الطرود البصرية والبرقيات، ولتخفيف ذلك، ولتصميم الخبرات ذات الأطر المرجعية المستقرة، والحد من تحركات الكاميرات السريعة، وضمان ارتفاع معدلات الأشعة (90+ fps) وعرض خيارات للعزل قابلة للتعديل (النقل ضد الحركة السلسة) وتوفير فترات الراحة، وعلى مر الزمن، يتكيف معظم المستعملين مع بيئة VR.

توجيهات المستقبل: إدماج منظمة العفو الدولية، ومنظمة الصحة للبلدان الناطقة بالبرتغالية، ومنظمة التعاون في مجال حقوق الإنسان

أما الحدود التالية لمؤسسة VR في مجال الهندسة فتشمل استخبارات صناعية، ويمكن أن يعمل الفاتارون المدفوعون بأجهزة الاستطلاع الافتراضي، ويكيفون صعوبة التدريب على أساس أداء المستخدمين، ويمكن لفرق التعلم الماكين أن تحلل تفاعلات المستخدمين لتحديد الأخطاء المتكررة ومحتويات التدريب المحسّنة، وتصبح القفازات والسترات المتطورة أكثر تقدما، مما يتيح للمهندسين مواجهة الأجسام الافتراضية - منصة الاصطناعية إلى جانب الاصط.

خاتمة

(ب) لم يعد الواقع الافتراضي مفهوماً لا جدوى منه في مجال الهندسة؛ فهو حل عملي ومثبت للتدريب والمحاكاة؛ وبعرض ممارسة خالية من المخاطر، والتحقق من كفاءة التصميم، وإعداد السلامة غير المادية، فإن مؤسسة التدريب المهني تخول المهندسين العمل بذكاء وأكثر أمناً، وفي حين أن التحديات من قبيل التكلفة والتعقيد التقني وراحة المستعملين ما زالت قائمة، فإن التقدم التكنولوجي المستمر يُضفي على هذه الحواجز بصورة مطردة.