Розроблення індустріально-орієнтованої IoT системи на основі технологій віртуальної та доповненої реальності
Автор: Мішакін Максим Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Проектування та адміністрування інформаційних комунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: На сучасних виробничих підприємствах управління технологічними процесами здебільшого здійснюється з однієї центральної кімнати управління, де оператори контролюють стан обладнання та показники датчиків. Така централізована модель має низку обмежень, зокрема щодо доступності даних і можливостей оперативного втручання, особливо в ситуаціях, коли на об’єкті працює лише один оператор. Запропонована у роботі система інтегрує технології віртуальної (VR) та доповненої реальності (AR), що забезпечують мобільний доступ оператора до інформації про стан виробництва незалежно від його фізичного місця розташування. Використання VR/AR дозволяє створити інтерактивний інтерфейс, який поєднує фізичні й цифрові середовища, надаючи можливість віддаленого моніторингу та керування обладнанням [1]. У першому розділі представлено всебічний огляд історичного розвитку технологій віртуальної (VR) та доповненої реальності (AR), починаючи від їхнього зародження до сучасного етапу. Особливу увагу приділено аналізу еволюції цих технологій, зокрема їх становленню як інструментів, що знаходять застосування у численних галузях. Висвітлено перспективи подальшого вдосконалення AR/VR, враховуючи тенденції розвитку апаратного та програмного забезпечення, а також зростання інтересу до цих технологій у глобальному масштабі. Розглянуто приклади успішного використання AR/VR у таких сферах, як промисловість, освіта, медицина та індустрія розваг. Проаналізовано їх економічний потенціал, зокрема можливість оптимізації витрат, підвищення ефективності виробничих процесів і створення нових бізнес-моделей на основі інтерактивних технологій. У другому розділі системно описано архітектуру розробленої системи, що поєднує VR і AR з індустріально-орієнтованими рішеннями Інтернету речей (IoT). Представлено загальну схему, яка демонструє інтеграцію всіх компонентів системи, а також їхні взаємозв’язки. Особливу увагу приділено аналізу ключових елементів системи, їхніх функцій і ролі у забезпеченні цілісності роботи. Розробка програмного забезпечення для AR/VR гарнітури виконувалася з акцентом на створення інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу користувача, що дозволяє здійснювати інтерактивну взаємодію з кінцевими пристроями. Детально описано процес проектування та налаштування програмного забезпечення, яке забезпечує не лише зручність у використанні, але й високу функціональність для широкого спектра завдань. Також висвітлено розробку та налаштування програмного забезпечення для кінцевих пристроїв, яке було адаптовано для забезпечення їхньої стабільної роботи, включно з синхронізацією із серверною інфраструктурою. Увагу приділено механізмам двосторонньої передачі даних, що реалізується через протоколи обміну, такі як MQTT, для ефективного з’єднання з сервером. Серверна інфраструктура розглянута як ключовий компонент системи. Її побудовано із застосуванням контейнерних технологій Docker і Docker Compose, що дозволило забезпечити автоматизоване розгортання сервісів, стабільність, безпеку та високу швидкість обміну даними. У третьому розділі проведено детальний аналіз і опис практичної реалізації запропонованої індустріально-орієнтованої системи IoT з використанням VR/AR технологій. Представлено поетапний підхід до впровадження програмного забезпечення та його інтеграції з апаратними компонентами, що забезпечує повну функціональність і стабільність системи. Розглянуто процес встановлення програмного забезпечення на кінцеві пристрої, зокрема на роботизований маніпулятор, що слугує ключовим компонентом системи. Детально описано інтеграцію програмного забезпечення з мікроконтролером, який забезпечує точне виконання команд, переданих через серверну інфраструктуру. Увагу приділено синхронізації роботи кінцевих пристроїв із системою, що дозволяє гарантувати стабільну передачу даних і коректну взаємодію між елементами системи. Окремий акцент зроблено на налаштуванні AR/VR гарнітури, що включає калібрування пристрою, оптимізацію параметрів відображення інформації та інтеграцію з іншими компонентами системи. Процес налаштування передбачає забезпечення високої точності візуалізації та коректної роботи користувацького інтерфейсу, що є критичним для забезпечення інтуїтивно зрозумілої взаємодії оператора з системою [2]. У четвертому розділі проведено комплексний аналіз ефективності роботи системи інтернету речей, інтегрованої з технологіями віртуальної та доповненої реальності, зокрема досліджено параметри передачі даних між компонентами. Результати вимірювання затримок, стабільності зв’язку та швидкості обміну інформацією демонструють здатність системи працювати в режимі реального часу, що є критично важливим для забезпечення її функціональності в промислових і виробничих середовищах. У п’ятому розділі виконано техніко-економічне обґрунтування розробленої системи інтернету речей, інтегрованої з технологіями віртуальної та доповненої реальності. Основну увагу приділено аналізу доцільності впровадження системи, враховуючи її технічну ефективність та економічну вигоду. Розділ включає розрахунок капітальних витрат, які охоплюють розробку програмного забезпечення, придбання необхідного апаратного забезпечення (зокрема AR/VR гарнітури та кінцевих пристроїв), а також інвестиції у створення серверної інфраструктури. Проведено оцінку постійних витрат, пов’язаних з обслуговуванням системи, включаючи витрати на технічну підтримку, оновлення програмного забезпечення та хмарні сервіси.