Virtual und Augmented Reality für Maschinenbauer

Komplexere Produkte und Prozesse, kürzere Innovationszyklen, höhere Variantenvielfalt, volatile Märkte, internationale Vernetzung sowie gesellschaftliche Entwicklungen wie Fachkräftemangel und der Übergang zum Arbeitnehmermarkt – Randbedingungen, die für die unternehmerische Flexibilität eine veritable Herausforderung darstellen.

Genau aus diesem Grund ist die Digitalisierung für die industrielle Wertschöpfung so wichtig geworden. In der Produktentwicklung gehört die Simulation von Prozess und Produkt zum Stand der Technik. Der Weg zum digitalen Zwilling jedes neuen Maschinenelements in der Hydraulik oder jedes Antriebs als Standard-Datensatz ist deshalb nicht mehr weit.

Virtual Reality (VR) ist ein solches Datenmodell, eine virtuelle, nicht existente Realität. Sie wird von Computern generiert – zum Beispiel bei der Simulation in der Entwicklung. Aber: Mit technischen Hilfsmitteln (VR-Brille, Handschuh, beweglichen Stühlen) kann der Mensch in diese Welt komplett eintauchen und so nicht Reales als real erleben. VR wird im Maschinen- und Anlagenbau vor allem dazu genutzt, um anhand eines 3D-Modells – zum Beispiel eines hydraulischen Antriebs – abschätzen zu können, wie sich selbst kleine Veränderungen auf die Gesamtheit einer Maschine oder eines Aggregats auswirken. Die Anlage kann – bei vorhandener komplexer Datenbasis – virtuell sogar bedient und oder einem potenziellen Kunden vorgeführt werden. Da manche Projekte unter hohem Zeitdruck realisiert werden müssen, ist das ein großer Gewinn, denn die Time-to-market wird durch die reduzierte Anzahl an Optimierungsschleifen erheblich beschleunigt. Ein einmal erstelltes VR-Modell kann außerdem zu Schulungszwecken eingesetzt werden. Inbetriebnahme, Wartung und Service sind für den Anwender so wesentlich leichter, effektiver und in der Folge kosteneffizienter. Kollaborative Anwendungen in der Ausbildung durch interaktive Lernmethoden wären denkbar.

Augmented Reality (AR) ist dagegen eine erweiterte Realität. Bei Augmented Reality, auch als Mixed Reality bezeichnet, werden dem Anwender zusätzlich zu dem, was er selbst sehen, hören oder tasten kann, durch technische Hilfsmittel (AR-Brille, Smartphone oder Tablet) zusätzliche Informationen oder Simulationen angezeigt, die ihm in einer konkreten Situation von Nutzen sind. Diese erweiterte Realität liegt dann wie eine zusätzliche Schicht über der tatsächlichen Welt. Die beiden Welten – reale und virtuelle sind für den Anwender dabei aber klar voneinander zu unterscheiden.

Mit Hilfe der im Endgerät verbauten Kamera erkennen die Assistenzsysteme die Umgebung des jeweiligen Arbeitskontextes. Somit können für den Prozess relevante Komponenten der Maschine visuell gekennzeichnet werden. Eine Gestenerkennung registriert das Interagieren der Anwender mit den Komponenten. So erscheinen im Gesichtsfeld des Anwenders adaptive und situationsabhängige Inhalte. Bosch Rexroth visualisiert zum Beispiel das Innenleben des Hydraulikaggregats Cytropac. Betrachtet man einen bestimmten Punkt der Außenhaut, öffnet sich das Aggregat virtuell und gibt einen 3D-Blick auf das Innenleben frei. Dargestellt werden die Teilsysteme und Kühlmöglichkeiten der internen Pumpe, deren Wechselwirkungen und unterschiedliche Konfigurationen. Zudem können die Anwender digitale Informationen in Form von Notizen an strategisch wichtigen Stellen des Arbeitsszenarios hinterlegen. Diese Informationen können Arbeitsinstruktionen, Montageunterstützungen oder etwa Informationen zur Instandhaltung beinhalten. So können sie zu einem späteren Zeitpunkt an der gleichen Stelle wieder aufgefunden, abgerufen und aktualisiert werden. Das ist auch deshalb wichtig, weil durch den anstehenden Generationswechsel viele Wissen und Erfahrung – auch in der Instandhaltung – verloren gehen werden

Deshalb sind die Erwartungen an AR vor allem im Bereich Anleitung und Schulung sehr hoch: In einem Versuchsprojekt bei Boeing konnte die Zeit für die Montage einer Flugzeugtragfläche durch AR um mehr als ein Drittel verkürzt werden. Die Anzahl der Mitarbeiter, die die Aufgabe erstmalig und dennoch fehlerfrei erledigten stieg um 90 Prozent. Im GPC Rohrbach erprobt Festo seit 2017 eine HoloLens in der Serienmontage, zuerst in einem Pilotprojekt und mittlerweile im Einsatz an zwei Automationslinien. Der Mitarbeiter steht durch die HoloLens quasi an einem virtuellen Arbeitsplatz. Ein Teil der Automationslinie wird maßstabgetreu auf dem Display seiner Datenbrille abgebildet.

Dieser virtuelle Arbeitsplatz soll neue Mitarbeiter in den Montageprozess einführen. Das reduziert die Anlernzeit am eigentlichen Arbeitsplatz um 60 bis 80 Prozent. Die hochautomatisierte Anlage kann so viel schneller in der Taktzeit produzieren und hat durch den Unterweisungsprozess demnach weniger Stillstandszeiten.