Das Schnellstraßennetz Japans wurde seit den 1960er Jahren kontinuierlich ausgebaut und die Gesamtlänge der Straßen beträgt derzeit über 10.000 km. Andererseits wird mehr als die Hälfte des Schnellstraßennetzes seit über 30 Jahren genutzt und die Alterung von Bauwerken wie Straßenbelägen, Brücken und Tunneln hat sich zu einem sozialen Problem entwickelt. Eine der großen Herausforderungen ist auch die sinkende Zahl von Ingenieuren für die Instandhaltung und Verwaltung von Schnellstraßen, die mit dem Rückgang der produktiven Bevölkerung einhergeht.

Unter diesen Umständen entwickelte Nexco-East Engineering, das etwa 4.000 km aller Schnellstraßen in Japan betreibt, eine Schulungs-App für ETC-Ausrüstung und Tunnel-Notfalleinrichtungen unter Verwendung von MR- und Digital-Twin-Technologien, die in seinem Schulungszentrum „Technical Training Center (TTC)“ in Takasaki, Gunma, implementiert wird. Die App dient als effizientes Bildungs- und Schulungstool, um jeden Ingenieur mit den notwendigen Kenntnissen und Fähigkeiten auszustatten, um Qualitätsingenieure zu entwickeln.

Initiierte die Entwicklung von MR-Tools zur Verbesserung und Standardisierung des Verständnisniveaus der Auszubildenden

Seit etwa 10 Jahren prognostiziert die NEXCO EAST-Gruppe die Alterung von Schnellstraßen sowie den Arbeitskräftemangel in Wartung und Management und fördert das Smart Maintenance Highway (SMH)-Projekt, um die vorhandenen Technologien für die Wartung und Verwaltung von Schnellstraßen, die die Gruppe erworben hat, mit IKT-Technologien abzugleichen. Durch das Projekt wurde die operative DX durch die proaktive Anwendung digitaler Kapazitäten im Feldbetrieb vorangetrieben, z. Umwandlung der papierbasierten Zeichnungserstellung in Tablet-basierte Aufgaben sowie Analyse und Nutzung der anfallenden Daten mit Microsoft PowerBI. Der mit dem Projekt beauftragte Herr Tetsuo Hideshima, Geschäftsführer und Generalplanungsleiter von Nexco-East Engineering, sagte in Bezug auf die Projektrichtlinien: „Wir bei Nexco-East Engineering stellen sicher, dass Fahrer Schnellstraßen sicher nutzen können, indem wir den ganzen Tag und das ganze Jahr über Inspektionen und Fehlerbehebungen durchführen. Für die kontinuierliche Wartung und Verwaltung von Schnellstraßen ist es von entscheidender Bedeutung, gründliche Inspektionen und Diagnosen durchzuführen, ohne dabei kleine Änderungen an Einrichtungen und Strukturen zu übersehen. Zu diesem Zweck basieren Rationalisierung und Arbeitseinsparung auf.“ IKT sind unerlässlich.“

Das Unternehmen eröffnete 2012 außerdem TTC als Schulungseinrichtung zur Verbesserung der Leistung von Schnellstraßeninspektionsingenieuren. Für die praktische Ausbildung bietet TTC eine Schulungsumgebung an, die mit echten Stromempfangs- und -verteilungsgeräten, ETC-Geräten (Automatisches Mautsystem) und Komponentenmustern ausgestattet ist, die genau denen entsprechen, die auf Schnellstraßen verwendet werden.

Zu den Rollen von TTC sagte Herr Masayuki Namiki, der General Manager von TTC: „Bei TTC nehmen jedes Jahr über 1.000 unserer Ingenieure an Schulungsprogrammen teil. Sie absolvieren Schulungen, um ihre Fähigkeiten auf der Grundlage des internen Fähigkeitsüberprüfungssystems zu verbessern Experten für die Inspektion und Wartung von Schnellstraßen, sogenannte „Autobahnärzte“.

Mittlerweile sind Autobahnstrukturen und -anlagen im Zuge des technologischen Fortschritts immer komplexer geworden, und trotz des praktischen Lernens mit solchen Schulungsmaterialien war das Verständnis der Mechanismen und internen Strukturen bei den Auszubildenden unterschiedlich ausgeprägt. Dies behinderte die Standardisierung des technischen Niveaus der Auszubildenden und stellte ein Problem für TTC dar.

Das Problem war besonders auffällig bei der Ausbildung zu ETC-Geräten. „ETC-Geräte bestehen aus mehreren Geräten und die Funktionsweise von ETC-Geräten wurde anhand umfangreicher Materialien wie papierbasierter Funkkommunikations- und Steuersignalflussdiagramme, PowerPoint-Folien und Kreidevorträge von Ausbildern erklärt und dann mit tatsächlichen ETC-Geräten getestet“, sagte Herr Yoshitaka Nakamura, Leiter der Abteilung „Facility Construction Work Division“ der Abteilung „Facility Construction Work“ von Nexco-East Engineering.

„Es erfordert jedoch viel Zeit, um die Zusammenhänge zwischen den Schulungsmaterialien zu verstehen. Auch Funkkommunikation und Steuersignalflüsse.“ sind nicht zu sehen, daher mussten wir uns auf die Vorstellungskraft der Auszubildenden verlassen. Dies führte zu Verständnislücken.“

Als Reaktion darauf konzentrierte sich das Unternehmen auf die Technologien MR (Mixed Reality) und digitale Zwillinge. Dann wurde ein Projekt zur Entwicklung einer „MR-Schulung für ETC-Ausrüstung“ ins Leben gerufen, mit der Idee, ein 3D-Modell der ETC-Ausrüstung sowie Infrarotsensoren, Funkkommunikation und Datenkommunikationswege (die in der Realität unsichtbar sind) mit den ETC-Übungsbahnen zu kombinieren, um ein besseres intuitives Verständnis zu fördern.

Bemühen Sie sich um die Entwicklung von Schulungsmaterialien, die für jeden Auszubildenden einfach zu verwenden sind und für die kein Beispiel als Modell zur Verfügung steht.

It war DataMesh, das einen Vertrag mit Nexco-East Engineering für seine umfangreichen Erfolge und Erfahrungen im Bereich digitaler Zwillinge und XR schloss. Herr Kensho Kashimada, Marketing- und Vertriebsleiter von DataMesh Japan Co., Ltd., blickte zurück: „Zu dieser Zeit gab es zumindest in Japan noch keine vergleichbaren Versuche. Es ging darum, wie wir MR-Materialien erstellen konnten, die für jeden Auszubildenden leicht verständlich sind, während es keine richtige Antwort darauf gab, wie das Ergebnis aussehen sollte.“

Der erste Schritt, den sie zu diesem Zweck unternahmen, war die Verwendung des agilen Entwicklungsansatzes, der auf schnellen PDCA-Zyklen basierte Entwicklung eines Wasserfallmodells, das von Anfang an auf detaillierte Spezifikationen setzt. „Wir haben die Entwicklung durch wiederholte Anhörungen mit der projektführenden Abteilung und TTC-Ausbildern, die das Tool tatsächlich in der Praxis einsetzen würden, sorgfältig vorangetrieben“, sagte Herr Kashimada. Sie erhielten außerdem die gleichen Kurse, die TTC tatsächlich für Auszubildende anbietet, um Kenntnisse über ETC-Ausrüstungsmechanismen zu erlangen, und wandten diese auf das System an.

„Durch den Besuch von Vorträgen mit mündlichen Erklärungen und 2D-Materialien konnten wir erleben, wie schwierig es ist, die ETC-Mechanismen aus erster Hand zu verstehen. Wir konnten auch den potenziellen Wert einschätzen Daher denke ich, dass es ein sehr wertvoller Prozess war“, sagte Herr Kashimada.

So wurden nach der Entwicklungszeit von etwa sechs Monaten genaue 3D-Modelle von ETC-Geräten erstellt und die MR-Schulung für ETC-Geräte mithilfe einer auf ETC-Geräten überlagerten 3D-Animation abgeschlossen, die über ein Tablet-Gerät oder das Microsoft MR-Gerät „HoloLens 2“ sichtbar ist.

„Normalerweise hängt die Genauigkeit von SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) bei der Positionierung der MR-Überlagerung von der Hardwareleistung ab. Für dieses MR-Training für ETC-Geräte wurden jedoch SLAM-Funktionen der proprietären digitalen Zwillingsplattform (FactVerse) von DataMesh verwendet, um die SLAM-Genauigkeitsniveaus mehrerer Geräte zu vereinheitlichen“, erklärte Herr Kashimada. Es werden Einfallsreichtum geschaffen, um die Überlagerung riesiger 3D-Daten unabhängig von der Geräteleistung zu realisieren, indem eine Technologie verwendet wird, um nur die notwendigen Datenteile zu laden.

Mr. Kashimada sagte, dass diese Funktionen den Auszubildenden immersive Erfahrungen in der MR-Welt ermöglichen, ohne dass stressige Ereignisse wie eine Fehlausrichtung oder ein Einfrieren der 3D-Animation auftreten.

Mr. Namiki sagte: „Es war wirklich eine gewaltige Arbeit, unsichtbare Dinge verbal zu erklären. Aber jetzt sind Daten und Funkwellen sichtbar, und das hat das Verständnis deutlich verbessert.“

Sobald sich die Auszubildenden an die Bedienung von HoloLens 2 gewöhnt haben, können sie die Position einfach durch Lesen eines QR-Codes auf dem Display anpassen, ohne dass ein komplizierter Vorgang erforderlich ist. Es wurde berichtet, dass sich Ausbilder grundlegende Betriebsmethoden nur durch eine eintägige Vorlesung von DataMesh aneignen konnten.

Die MR-Schulung für ETC-Geräte, die auch bei Außendienstmitarbeitern gut anerkannt ist, wurde auf der Grundlage des Feedbacks von Ausbildern weiter verbessert. Derzeit machen zusätzliche Funktionen wie die wiederholte Wiedergabe einzelner Arbeitsschritte und die Anpassung der Animationsgeschwindigkeit für ausführliche Erklärungen das Tool noch effektiver.

MR für Tunnel-Notfalleinrichtungen-Schulungen unter voller Nutzung der HoloLens 2-Eigenschaften

Aus Vertrauen in den Erfolg von MR für ETC-Ausrüstungsschulungen begann Nexco-East Engineering umgehend mit der Entwicklung der nächsten MR-Schulung, der „MR für Tunnel-Notfalleinrichtungen“. Schulung.“

„Die interne Struktur des automatischen Wassersprinklersystems für Tunnelnotfälle ist von außen nicht sichtbar, daher haben wir eine CG-Simulation des internen Wasserflusses überlagert und Schulungsmaterialien zur Visualisierung der internen Komponenten und des Betriebsstatus entwickelt“, sagte Herr Nakamura.

Herr Namiki sagte: „In der Vergangenheit haben wir Rohrproben von realen Geräten und Abbildungen präsentiert, um ihre Strukturen und Funktionsweisen zu veranschaulichen, aber wir konnten kein Wasser durch sie hindurchlassen, um den Mechanismus zu demonstrieren. Außerdem variierten die Erklärungen zwischen den Ausbildern etwas. Wie bei ETC-Geräten wurde die Lücke im Verständnisniveau unter den Auszubildenden als Problem erkannt.“

Als Maßnahme zur Lösung des Problems reproduzierte DataMesh die Gerätebewegungen vom Beginn eines Fahrzeugbrandes bis zur Bewässerung und visualisierte die internen Strukturen auf dieser Grundlage Know-how, das durch die Entwicklung des MR für ETC-Geräteschulungen erworben wurde. Darüber hinaus wurde eine Funktion zum Anpassen der Transparenz der 3D-Animation des im Rohr fließenden Wassers hinzugefügt, die den Auszubildenden die Freiheit gibt, zu beobachten, wie Wasser im Inneren fließt und stoppt. Die Implementierung realistischer 3D-Auswirkungen von Bränden ermöglicht auch realistische Erfahrungen, um das Verständnis zu verbessern.

Schließlich ist die Qualität dieser MR-Schulung für Tunnel-Notfallanlagen überraschend hoch und präzise, ​​selbst für erfahrene Ingenieure, einschließlich Herrn Hideshima. „Vom Wasserfluss und dem Ventilöffnungsmechanismus bis hin zu den Dingen, die sich hinter Rohren abspielen, ist alles auf einen Blick verständlich. Ich habe die Bedeutung von MR erneut gespürt“, sagte Herr Hideshima.

Da der MR für die Schulung von Tunnel-Notfalleinrichtungen mit der „Pseudo-Reproduktionsfunktion“ ausgestattet ist, um Punkte zu lernen, die im Falle einer Fehlfunktion überprüft werden müssen, sowie Wiederherstellungsmethoden, besteht die Möglichkeit, das MR-System auf ein zukünftiges Fernwartungssystem anzuwenden.

Darüber hinaus wurde durch die Verknüpfung von Tablets und anderen Geräten eine Fernschulung ermöglicht, wodurch eine Umgebung geschaffen wurde, in der eine größere Anzahl von Auszubildenden teilnehmen kann.

Vor allem nutzt der MR für die Schulung von Tunnel-Notfalleinrichtungen vollständig HoloLens 2 Potenzial im Vergleich zum MR für ETC-Gerätetraining.
Tatsächlich werden für das Training mit dem MR für ETC-Gerätetraining mit Outdoor-ETC-Geräten hauptsächlich Tablets als Ausgabegeräte verwendet, da die Sichtbarkeit von HoloLens 2 je nach Intensität des Sonnenlichts beeinträchtigt sein kann. Andererseits handelt es sich bei Tunnel-Notfalleinrichtungen um Innengeräte, die keiner Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Hier kommt HoloLens 2 ins Spiel.

Mr. Namiki sagte: „Während ein Tablet mit beiden Händen gehalten werden muss, ist HoloLens 2 ein am Kopf montiertes Display, das beide Hände frei hat. So können Auszubildende während des MR-Trainings Geräte berühren. Außerdem können einzelne Auszubildende zurückspulen, pausieren und den Transparenzgrad anpassen, was einen Vorteil bei der Anpassung von Schulungssitzungen an den individuellen Kenntnisstand bietet.“

Auf dem Weg zu noch effektiveren IKT durch professionelle Anwender Kooperationen

Nachdem Nexco-East Engineering die hochwertigen Schulungstools mithilfe des digitalen Zwillings und der MR-Technologien realisiert hat, hat er einen Plan, den Einsatz von IKT weiter zu fördern, um die Probleme der Überalterung von Einrichtungen und des Arbeitskräftemangels anzugehen, die sich voraussichtlich weiter beschleunigen werden.

Herr Nakamura untersuchte die Möglichkeiten der IKT-Nutzung in verschiedenen Szenen und sagte: „Wir haben das Ziel, unseren Einsatz von IKT über die praktische TTC-Schulung hinaus auf Online-Schulungen und OJT-Schulungen auszuweiten. Einrichtung eines praktischen Sicherheitsschulungssystems zur Verbesserung der Fähigkeiten im Bereich Sicherheitsmanagement, Fernwartung usw.“

Im Hinblick auf die Einrichtung eines Systems für den effektiven Einsatz von IKT sagte Herr Namiki, der sich mit der Ausbildung beschäftigt: „In den letzten Jahren sind Geräte und Anlagen immer ausgefeilter geworden und haben weniger Ausfälle erlitten, aber auf der anderen Seite der Medaille könnten die meisten Ingenieure in Zukunft unerfahren sein, wenn es darum geht, auf Fehler zu reagieren.“ Unterstützen Sie Ingenieure mit der Leistungsfähigkeit von IKT, anstatt sich zu gegebener Zeit auf erfahrene Ingenieure zu verlassen.“

Andererseits hofft Herr Hideshima auf professionelle Partnerschaften. Er sagte: „Obwohl wir über ausgezeichnetes Fachwissen im Bereich der Schnellstraßentechnologien verfügen, geben wir zu, dass wir mit den sich ständig verbessernden IKT-Ansätzen und technologischen Innovationen nicht ganz mithalten können. In dieser Hinsicht sind wir sehr zuversichtlich, dass die Partnerschaften mit IKT-Fachleuten wie DataMesh und Microsoft Japan fortgesetzt werden.“

Auf der Grundlage idealer Partnerschaften, in denen Schnellstraßen- und IKT-Fachleute zusammenarbeiten, um Probleme zu lösen und gegenseitig wertvolle Beiträge zu Technologien und Wissen zu leisten, wird Nexco-East Engineering weiterhin die Sicherheit aufrechterhalten und vorantreiben auf Schnellstraßen, eine der Grundvoraussetzungen unseres modernen Lebens.

„Vom Wasserfluss über den Ventilöffnungsmechanismus bis hin zu den Dingen, die sich hinter Rohren abspielen, ist alles auf einen Blick verständlich. Ich habe die Pose von MR neu gespürt“,

– Herr Tetsuo Hideshima, Geschäftsführer und Leiter der Planungszentrale, Nexco-East Engineering

„Während ein Tablet mit beiden Händen gehalten werden muss, handelt es sich bei HoloLens 2 um ein am Kopf montiertes Display, das beide Hände frei hat. So können Auszubildende während des MR-Trainings Geräte berühren. Außerdem können einzelne Auszubildende zurückspulen, pausieren und den Transparenzgrad anpassen, was einen Vorteil bei der Anpassung der Schulungssitzungen an den individuellen Kenntnisstand bietet“,

– Herr Masayuki Namiki, General Manager, Technical Training Center Manager, Nexco-East Engineering

„Wir haben den Ehrgeiz, unseren Einsatz von IKT über die praktische TTC-Schulung hinaus auf Online-Schulungen, OJT-Schulungen, die Einrichtung eines praktischen Sicherheitsschulungssystems zur Verbesserung der Fähigkeiten im Bereich Sicherheitsmanagement im Feld, Fernwartung usw. auszuweiten.“

– Herr Yoshitaka Nakamura, Manager, Abteilung für Anlagenbau, Anlagen, Abteilung für Bauarbeiten, Nexco-East Engineering

„Zu diesem Zeitpunkt gab es zumindest in Japan keine vergleichbaren Versuche. Es ging darum, wie wir MR-Materialien erstellen konnten, die für jeden Auszubildenden leicht verständlich sind, während es keine richtige Antwort darauf gab, wie das Ergebnis aussehen sollte.“

– Herr Kensho Kashimada, Direktor, Marketing und Vertrieb, DataMesh Japan Co., Ltd.

Diese Kundengeschichte wurde ursprünglich von Microsoft veröffentlicht hier.