Augmented Reality for Operator Support in Norwegian Shipyards: A Study of Applications, Benefits and Challenges

Abstract

Den norske maritime industrien har lange tradisjoner og i dag bidrar den maritime industrien med 8% av Norges BNP. Med de høye lønnskostnadene i Norge er det viktig at produksjonen av skip er så kostnadseffektiv som mulig.

Med tanke på forskningen og utviklingen av nye teknologier innenfor emnet Industri 4.0 er det interessant å se hvordan disse nye teknologiene kan bli anvendt i forskjellige industrier. Med AR som en av teknologiene som har fått mye oppmerksomhet for forskjellige bruksområder i industrien er det interessant å utforske hvordan det kan brukes i skipsbygging, og mer spesifikt for å støtte operatørene i produksjonen av skip. For å utforske og svare på formålet i oppgaven dette ble de følgene forskningsspørsmålene formulert: RQ1: Hvordan kan AR basert operatørstøtte anvendes i produksjonsprosessene i norsk skipsbygging? RQ2: Hva er de mulige fordelene og utfordringene som kan forventes av å introdusere et AR basert system for operatørstøtte?

Omfanget av oppgaven er begrenset til produksjonsprosessene og mer spesifikt de produksjonsprosessene som er utført i norske skipsverft. Videre ble det også gjort en avgrensing av produksjonsprosessene til de prosessene hvor det er sannsynlig at operatørene kan oppleve fordeler ved å ha AR-basert støtte. En casestudie av et norsk skipsverft ble gjennomført og ble brukt for å støtte opp forskningen i tillegg til at den ble brukt for å identifisere og få et direkte innblikk i produksjonsprosessene som vanligvis utføres ved norske skipsverft. Gjennom litteraturstudien ble 14 generiske produksjonsprosesser ved byggingen av skip identifisert. Ettersom norske skipsverft setter ut deler av produksjonen til andre land, vanligvis i Øst-Europa, så gjenspeiler ikke disse 14 prosessene det arbeidet som blir utført ved norske skipsverft. Gjennom casestudien og litteraturstudien ble det klart at norske skipsverft følger en av tre strategier: seksjonsutrustning, dokkutrustning eller kaiutrustning. Ettersom caseselskapet vanligvis utfører dokkutrustning av skrog er dette strategien som har blitt gitt mest fokus i studien. De vanligste produksjonsprosessene som utføres ved dokkutrustning er: prefabrikasjon, dokkutrustning, kaiutrustning, «lager, transport og materialhåndtering» og dimensjonskontroll og inspeksjon.

Kapittel 4 svarer på RQ1, og mulige bruksområder i produksjonsprosessene ble identifisert. Av de mest markante bruksområdene var dynamiske instruksjoner, visualisering av tegninger og monteringsinstruksjoner, rutebeskrivelser og sammenligning mellom hva som er designet og hva som er bygget. Kapittel 5 svarer på RQ2 og undersøker de mulige fordelene og utfordringene ved å innføre AR-basert operatørstøtte i et skipsverft. Blant de mest fremtredende fordelene som kan forventes ved bruk av AR-basert operatørstøtte er en reduksjon i tid brukt på å lese og forstå tegninger, instruksjoner, manualer og annen informasjon som AR kan vise i prefabrikasjon, utrustning, dimensjonskontroll og inspeksjon. Innen lager, transport og materialhåndtering er det informasjonsbehovet ulikt og dermed er de forventede forbedringene knyttet til raskere lokalisering av deler/utstyr, raskere plukking og reduksjon i feil i plukking av varer sammenlignet med statiske og papirbaserte systemer. De største utfordringene som blir identifisert i kapittel 5 er rettet mot kostnadene knyttet til teknologien og IT infrastrukturen som må være på plass, det menneskelige aspektet ved å innføre teknologien samt tanker angående personvern og utfordringer knyttet til teknologien i seg selv som sporing og batteritiden til enhetene.

Hovedkonklusjonen i denne oppgaven er at det er en lovende teknologi med et stort potensial for fremtidig bruk. Den eksisterende forskningen har allerede stadfestet at teknologien kan føre til mange fordeler i industrielle anvendelser og med den forventede utviklingen av teknologien videre virker det sannsynlig at denne teknologien kan være en del av fremtidens skipsverft.

The Norwegian maritime industry has long traditions and today it contributes to 8% of Norway’s GDP. With the high labour costs in Norway it is important that the production of ships is as cost effective as possible. With the research and development of new digital technologies in the Industry 4.0 domain it is interesting to see how they can be applied in different industries and what benefits they could bring. With augmented reality being one of these technologies that are gaining much interest for industrial applications it is interesting to investigate how it could be applied in shipbuilding and more specifically to support the operators in the ship production. To investigate this, the following research questions were formulated:

RQ1: How can AR-based operator support be applied in the production processes present in Norwegian shipbuilding? RQ2: What are the potential benefits and challenges that can be expected from the introduction of AR-based operator support?

The scope of this thesis is limited to the production processes, and more specifically the production processes that are present in Norwegian shipyards.

As a part of the research a case study of a Norwegian shipyard was conducted. This case study was used as a supportive tool and as a basis for identifying and getting a first-hand view of the production processes that are commonly performed by Norwegian shipyards. The literature study identified 14 general production processes in the building of a ship. As Norwegian shipyards typically offshore parts of the production to other countries, typically in Eastern Europe these 14 processes do not reflect the work that is performed in Norwegian shipyards. Through the case study and the literature study it was found that the Norwegian shipyards typically performed one of three strategies: block-outfitting, dock-outfitting or quay-outfitting. Because the case company normally performed dock-outfitting this strategy was given the most focus. The production processes that are typically performed by a shipyard following performing dock-outfitting are: prefabrication, dock-outfitting, quay outfitting, “warehouse, transport and material handling” and dimensional control and inspection.

RQ1 is answered in chapter 4 which identified potential applications in the production processes. Some of the most prominent applications were; dynamic instructions, visualisation of drawings and assembly instructions, directions, comparison between what was designed and built. RQ2 is answered in chapter 5 which investigated the potential benefits and challenges of adapting an AR system in a shipyard. Among the most important improvements that could be expected from the introduction of an AR-based operator support tool is a reduction in the time spent reading and studying drawings, instructions, specifications and manuals in the prefabrication, outfitting and dimensional control and inspection. In warehouse, transport and dimensional control the information needs are different from the more technical disciplines and as such the expected improvements were quicker location of parts and reduced errors in picking compared to static systems such as paper or PDF. The main challenges identified are related to the cost of the technology and the IT infrastructure, the human aspect of introducing the technology including privacy concerns and challenges related to the technology itself such as issues with tracking and the battery-life of the devices.

The main conclusion of this thesis is that the technology has very promising potential for future applications. Existing research has already established that the technology can bring many benefits in industrial applications and with the evolution of the technology and the software it seems likely that the technology will be a part of the future shipyard.