制造業(yè)中增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)的早期采用者已經(jīng)證明，將這些先進的技術用于員工培訓將有助于彌合員工技能差距，改變控制工程師的培訓和評估方式，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)，來順利實現(xiàn)新老員工的交替和技術經(jīng)驗傳承。

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值。例如，一家總部設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伍。借助AR技術該公司以過去十分之一的成本，在數(shù)小時內(nèi)就創(chuàng)建了工作導則，培訓新員工的效率提高了30%至40%，并將裝配時間縮短了一半。

在另一案例中，總部設在美國的全球商業(yè)技術產(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手冊和電話支持。首次修復率提高了67%，工程師的效率提高了20%。解決問題的平均時間縮短了2小時以上。AR在創(chuàng)建和記錄培訓工作程序方面的進步表明，培訓所花費的時間減少了37%，記錄工作指令所需的時間減少了75%。

解決制造業(yè)勞動力短缺問題

制造商正面臨著技術工人短缺的問題，多年來一直這樣，即使在失業(yè)率達到歷史低點之前也是如此。工人退休、經(jīng)濟擴張和日益擴大的技能差距都是促成因素。根據(jù)美國勞工統(tǒng)計局的數(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、技術人員和機械師等技術職位，對于擴大運營、實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型計劃和提高生產(chǎn)率至關重要。這些職位也是最需要培訓和投資的職位。

內(nèi)部培訓計劃是吸引和培養(yǎng)制造商所需求人才的關鍵。但是，傳統(tǒng)方法(如培訓手冊、作業(yè)跟蹤以及評估和認證流程) 已經(jīng)過時，效果較差且耗時。這些方法也不能滿足員工對不同學習風格的需求。

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

AR和VR技術的區(qū)別

AR通過將數(shù)字內(nèi)容和分析疊加到現(xiàn)實世界中，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、手機或平板電腦，就可以查看覆蓋在機械和工廠車間的運行數(shù)據(jù)、圖紙、文檔和藍圖。它還可以提供分步過程指導、運行人員設置以及對指令、工作步驟、流程等進行更改。

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

AR培訓的優(yōu)勢

通常情況下，制造業(yè)的勞動力培訓由傳統(tǒng)方法實現(xiàn)，傳統(tǒng)方法通常由印刷手冊、基于計算機的培訓、角色扮演和追蹤等多種方法構(gòu)成。這些方法費時費力，盡管如此，結(jié)果仍然有好有壞，難以預測。

傳統(tǒng)的培訓教程不是交互式的，在很多時候可能難以解釋受訓學員的疑問，不能根據(jù)個人需求進行定制;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。這類培訓材料的創(chuàng)建和維護也需要大量時間，如果沒有離線設備，從培訓中獲得的所有知識，仍需在現(xiàn)實環(huán)境中實踐。

圖 2: AR可幫助工作人員識別完成任務所需的適當?shù)墓ぞ吆筒考?，提供分步指導，并通過實時反饋報警和糾正錯誤。

相比之下，AR滿足了多種學習風格的需求，并帶來如下諸多好處：

●使培訓具有視覺、聽覺和動覺;

●實時提供分步的可視和口頭指導;

●在工廠和倉庫中為工人提供更有效地導航;

●確定任務所需的適當工具和部件;

●提供分步指導;

●報警和糾正在實時反饋過程中采取的錯誤措施;

●將關鍵性能指標和操作數(shù)據(jù)顯示到設備上，以說明工廠正在如何應對變化。

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

通常，完成傳統(tǒng)的培訓課程后，會對學員進行評估，以確保對關鍵科目的理解和掌握，包括LOTO程序、過程危險方法、OSHA指南等等。在某些情況下，會對受訓人員進行實際評估;在其它情況下，則可能只進行認證測試。

認證和實踐評估有缺點。通過筆試和數(shù)字化考試，培訓師無法評估學員是否掌握了成功所需的實體概念。而通過實踐評估，可對受訓人員進行重要的概念測試，但數(shù)據(jù)，如人為錯誤和衡量整體業(yè)績的指標，卻丟失了。這些數(shù)據(jù)有助于改進未來的培訓計劃。

AR提供了一種將兩種評價方法中的最佳部分結(jié)合起來的手段，對受訓人員進行實踐考試，同時掌握加強培訓所需的基本數(shù)據(jù)。AR有能力識別何時利用了錯誤的部件，裝配步驟何時出錯，什么時候完成任務所需的時間太長，甚至在什么時候錯誤步驟導致了安全風險。

更適合特殊場景的VR培訓

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

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

在這些情況下，VR可以帶來巨大的價值。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。在特定的制造環(huán)境下，他們不僅可以訓練如何應對突發(fā)的緊急情況，還可以了解不同的應對措施對于運營的影響。“數(shù)字化雙胞胎”和VR還提供了在實際環(huán)境中不存在的工況下培訓運營人員的機會，無論設施正在建設中、在偏遠地方，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重要。但是，開發(fā)傳統(tǒng)的培訓材料需要大量時間，而且材料很容易就過時了。

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

有了AR技術獲取專家知識的效率就會大大提高。熟練的技術工程師可以創(chuàng)建AR體驗，而不是執(zhí)行完過程以后再花費數(shù)小時的時間來記錄它。AR利用先進的傳感器和計算機視覺，來捕捉記錄工廠位置和工作流程的音頻和視頻。控制工程師可以戴著耳機執(zhí)行任務，并在執(zhí)行過程中交談，就好像他們在訓練某人一樣。同時，AR會同步記錄這些信息，并將其轉(zhuǎn)化為培訓材料，供今后使用，這些材料也可以在AR經(jīng)驗中發(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還可以通過在遠程專家和制造設施之間建立連接，來彌補技能差距。遠程專家可以佩戴一個AR設備，專家看到的信息，同工廠中佩戴AR設備的人看到的一樣，并且可以在工廠環(huán)境背景下進行對話。

遠程專家還可以用雙手在數(shù)字世界中繪圖、做標記，向?qū)嶋H工作中的工人傳達想法和指示。在采用AR技術之前，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，或在專家指導下解決問題。它還為即將退休但可能希望繼續(xù)兼職或遠程工作的工人，提供更大的靈活性。

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