Spatial Analytics: Räumliche Herausforderungen lösen

James Hobin, Senior Innovation Engineer im PTC Reality Lab, war schon immer von Computern und den Möglichkeiten der Programmierung begeistert.

"Da es nicht möglich ist, ein echter Zauberer zu werden", scherzt er, "dachte ich mir, dass Programmieren das Naheliegendste ist - Computer dazu zu bringen, Magie zu vollbringen, anstatt einen Zauberstab zu benutzen."

Und im Reality Lab findet eine Art Magie statt. An vorderster Front der Innovation im industriellen Bereich erforschen sie aufkommende Technologien wie Augmented Reality im Architekturmaßstab, Spatial Computing und die Zukunft der Mensch-Computer-Interaktion.
 
Obwohl Hobin erst vor etwa einem Jahr zu PTC kam, ist er kein Unbekannter in der Forschung, die die Gruppe im Bereich Spatial Computing und Augmented Reality betreibt. Tatsächlich war er schon in den frühen Tagen dabei und seine Beschäftigung mit der Technologie erstreckt sich über Jahre.

Als Studienanfänger am MIT hat er am MIT Media Lab unter der Leitung von Dr. Valentin Heun und an der Seite von Ben Reynolds, beide jetzt Kollegen am Reality Lab, an dem Projekt mitgearbeitet, das sich zur Vuforia Spatial Toolbox entwickelt hat.

Nachdem er fast sein gesamtes Grundstudium mit dieser Forschung verbracht hatte, zog er sich von dem Projekt zurück, um sein letztes Studienjahr damit zu verbringen, eine Plattform für Crowdsourced Robot Design zu entwickeln.

Als Master of Engineering-Student am MIT kehrte er zu dem Projekt zurück und schrieb seine Diplomarbeit über das Hinzufügen von modularen Benutzeroberflächenkomponenten zum Reality Editor.

Nach seinem Studium ging er zu Mozilla, um ein paar Jahre an deren Open-Source-Plattform für das Heim-IoT zu arbeiten.

Aber die besondere Magie, die mit Spitzeninnovationen möglich ist, führte ihn zum PTC, um wieder in diesem Bereich der Forschung zu arbeiten. Jedes Mal, wenn Hobin diese Forschung verlassen hat und dann zurückkehrte, tat er dies mit frischen Augen und einer breiteren Perspektive, die er aus anderen Erfahrungen und Beschäftigungen gewonnen hatte.

"Es war interessant zu sehen, wohin die Forschung ohne mich geht, aber noch spannender, ein Teil davon zu sein", sagte er.

Spatial Analytics in den Fokus rücken

Als Hobin Ende 2019 zum Reality Lab kam, übernahm er die Leitung der "Reality Zone" - einer Forschung, die sich mit der Echtzeit-Virtualisierung eines Raums durch 3D-Sensoren beschäftigt. Mit Microsoft Azure Kinect-Kameras erfasst die Reality Zone einen Scan eines Raums in Echtzeit. Dies ermöglicht eine Virtualisierung eines Raums; nicht nur seine physischen Objekte, wie Maschinen und Wände, sondern mit maschinellem Lernen auch Menschen und die Bewegung dieser Dinge im Raum.

Mit dieser Echtzeit-Virtualisierung, oder dem Digital Twin, kommen mehrere Datenströme, die Produkte, Materialien, Menschen und den physischen Raum erfassen. Im vergangenen Jahr nutzte Hobin die Forschung der Reality Zone, um eine neue Technologie zu entwickeln, die eine räumliche Analyse der erfassten Daten ermöglicht.

In seiner Arbeit kommen mehrere Datenströme räumlich zusammen, die sonst nur schwer zu kombinieren wären. Das Ergebnis ist eine räumliche Infrastruktur in Echtzeit, die den Nutzern intuitive Analysetools zur Verfügung stellt. Die Spatial-Analytics-Technologie nutzt künstliche Intelligenz, die darauf ausgelegt ist, Bewegungen, Leistung und Ausfallzeiten zu analysieren, alles kontextualisiert im Raum.

Im Wesentlichen helfen die räumlichen Analysewerkzeuge dabei, Probleme in einen Kontext zu stellen, und das ermöglicht ein intuitiveres Verständnis für die Lösung von Problemen im Arbeitsablauf der Fabrik. Da seine Arbeit Daten im Raum kontextualisiert, lassen sich leicht Erkenntnisse in Echtzeit oder im Zeitverlauf ableiten. Obwohl sie nur an der Oberfläche kratzen, kann Spatial Analytics Fragen beantworten, die für Optimierungsbemühungen entscheidend sind, wie zum Beispiel:

Zeit-und-Bewegungsstudien: Traditionelles wissenschaftliches Management erhält mit Spatial Analytics ein Echtzeit- und kontinuierliches Makeover, indem die für einen Prozess, einen Prozessschritt oder eine bestimmte Zone aufgewendete Zeit nachvollzogen wird.
 
Gesundheit und Sicherheit: Räumliche Analysen sind am Arbeitsplatz immer von höchster Bedeutung und können sicherstellen, dass die Arbeiter die Sicherheitsrichtlinien einhalten. An einem dynamischen Ort wie einer Fabrik können Echtzeitdaten, Computer-Vision, frühere Leistungsdaten oder eine Kombination dieser Arten von Datenströmen genutzt und analysiert werden, um die Sicherheit für Arbeiter und Maschinen sowie die Zusammenarbeit zwischen beiden zu verbessern.

Digital Twins von Räumen: Mit der Vogelperspektive und der detaillierten Ansicht einer Fabrikhalle, die durch die Integration mehrerer Datensätze ermöglicht wird, bietet Spatial Analytics Einblicke in Bewegungen und kann datengestützte Empfehlungen zur Verbesserung von Prozessen und Leistung geben. Mit dem großen Datensatz kann Spatial Analytics beginnen, Korrelationen zwischen verschiedenen Datenströmen zu entwickeln, die zuvor unsichtbar waren.

Sehen Sie sich dieses Video an, um eine Demonstration von Spatial Analytics in Aktion zu sehen:

Entwicklung einer menschenzentrierten Technologie

Eines der Dinge, die für Hobins Forschung - und die Erkenntnisse, die er entwickelt - entscheidend sind, ist, dass der Mensch immer im Mittelpunkt steht.

"Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, wenn man Dinge auf Zahlen reduziert, dass diese Zahlen immer noch Menschen sind. Wir müssen den menschlichen Einfallsreichtum und die Kreativität während des gesamten Prozesses wertschätzen", sagte Hobin.

Zum Beispiel wird der Einfallsreichtum durch Datenkompetenz ermöglicht. "Wir verfeinern ständig die Darstellung unserer Analysen und Systeme, um die Lesbarkeit zu verbessern, unabhängig vom Fachwissen des jeweiligen Betrachters", so Hobin. Ein Beispiel ist die Präsentation von Analysen in Form von Daten in menschlicher Haltung da diese es den Menschen ermöglicht zu verstehen, was vor sich geht, weil es vertraut und nachvollziehbar ist.

Im Hinblick auf die Kreativität ist eine einfache Bedienung für jedes Fähigkeitsniveau von größter Bedeutung. Bei der Entwicklung von Spatial Analytics bedeutet dies, dass Menschen Prozesse über eine einfache Drag-and-Drop-Oberfläche gestalten können.

"Es wäre einfach, diese Schnittstelle unbeabsichtigt zu verkomplizieren und sie so zu gestalten, dass nur ein Experte mit tagelangem Training hoffen könnte, unsere Tools zu benutzen. Ich hoffe, dass sich unser Engagement für Barrierefreiheit in der weiteren Arbeit an der Spatial Toolbox mit unserem Design, den Tutorials und der Dokumentation widerspiegelt", so Hobin. "Dies ist definitiv nicht das Ende der Geschichte und ich glaube, dass es wichtig ist, ein Auge darauf zu haben, alle unnötige Komplexität und Verschleierung zu entfernen."

Die Vision ist es, ein transparentes System zu schaffen, in dem es einen wechselseitigen Informationsfluss zwischen Spatial Analytics und Menschen gibt. "Die Arbeiter sind die wahren Experten", sagte er. Durch die Schaffung verschiedener "Linsen" für alle Benutzer, vom Arbeiter, der die Arbeit ausführt, bis zum Abteilungsleiter und darüber hinaus, möchte er eine effizientere und optimierte Zusammenarbeit ermöglichen.

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Bei PTC arbeiten wir aktiv an der Erforschung und Entwicklung von Spatial Computing und Spatial Analytics für eine Vielzahl von industriellen Anwendungsfällen. Bleiben Sie dran für weitere Ideen und Innovationen aus dem PTC Reality Lab. Bleiben Sie auf dem Laufenden mit dem Reality Lab auf Twitter: @PTCRealityLab.