Augmented Reality

Industrie 4.0 bedeutet im Sinne der smarten Fabrik die Vernetzung der Produktionsmittel und somit auch aller am Produktionsprozess beteiligten Industrieroboter. Dabei steht eine flexible Konfiguration der Fabrik im Vordergrund, die z. B. durch veränderliche Verkettung von Werkzeugmaschinen und Robotern eine schnelle Reaktion auf zusätzliche Produktvarianten ermöglicht. Intuitive Konzepte für Programmierung und beschleunigte Inbetriebnahme von Roboterzellen sind erforderlich, um Produktionsausfälle zu minimieren. Augmented Reality verknüpft hierzu visuelle Echtzeit-Informationen zur Roboterzelle mit vorgeplanten Produktionsschritten und Programmen. Damit können noch während des laufenden Betriebs neue Anweisungen geplant und verifiziert werden. Mit standortgebundenen und mobilen Endgeräten sind Bediener und Entscheider so jederzeit in der Lage, auf Maschinendaten zuzugreifen und bei Bedarf anzupassen.

Hochwertige Güter werden häufig auf die spezifischen Bedürfnisse der Kunden angepasst. Daher ist es naheliegend, den Kunden in die besonders wichtigen Aspekte der Konstruktion/Produktgestaltung einzubeziehen. Dieser Beitrag zeigt am Beispiel der Nachrüstung von Abgasnachbehandlungsanlagen für Schiffe auf, wie Unternehmen Augmented Reality nutzen können, um unterschiedliche Gestaltungsvarianten vor Ort darzustellen und gemeinsam mit dem Kunden weiterzuentwickeln.

Die Layoutplanung stellt ein Paradebeispiel für die Interdisziplinarität der Fabrikplanung dar. Eine übergreifende Zusammenarbeit bietet Möglichkeiten, Ideen und Erfahrungen möglichst vieler Personen in die Planung miteinzubeziehen, Synergien zu nutzen, eine schnellere Abstimmung des Planungsstands zwischen den Fachbereichen zu realisieren und somit die Effektivität sowie die Effizienz im Planungsprozess zu verbessern. Die Entwicklung leistungsfähiger Rechentechnik sowie die zunehmende Verbreitung mobiler Endgeräte (z.B. Smartphones, Tablet-Computer) eröffnen neue Potenziale und Möglichkeiten zur Nutzung von Augmented Reality (AR) im Anwendungsfeld der Fabrikplanung. Dieser Beitrag beschreibt einen Ansatz zur Anwendung von AR in der partizipativen Layoutplanung.

Smartphones und Tablet-PCs überzeugen zunehmend auch im industriellen Umfeld durch erhöhten Funktionsumfang und Leistungsfähigkeit sowie durch eine einfache Bedienung. Diese Vorteile werden auch im Projekt „Räumliche Industrieroboterprogrammierung“ genutzt. Der Roboterprogrammierer wird durch eine mobile Augmented-Reality-Umgebung bei der Programmierung unterstützt und kann durch gestenbasierte Interaktion mit seiner Umwelt das Roboterprogramm interaktiv definieren. Dabei dient die App zur räumlichen Visualisierung des Programms in realer Umgebung und zur Programmverwaltung. Die Roboterprogramme lassen sich vom Mobilgerät über eine einheitliche Schnittstelle auf gängige Robotersteuerungen übertragen. Des Weiteren existieren Schnittstellen zum Austausch von Roboterprogrammen mit klassischen Simulationstools der Digitalen Fabrik.

Wesentliche Herausforderungen im Lebenszyklus von Produkten werden heute u.a. durch kundenindividuelle Produktvarianten und immer kürzere Entwicklungszyklen bestimmt. Die steigende Produktkomplexität geht zudem einher mit der Erhöhung der Produktqualität und verlangt die Anpassung der Organisation von Arbeitsabläufen und die Integration von informationstechnischen Hilfsmitteln. Diese sollen Prozesszeiten so kurz wie möglich halten, das Fehlerpotenzial verringern und komplexe Arbeitsschritte handhabbar machen. Ein Hilfsmittel, diese gestiegenen Anforderungen insbesondere bei manuellen Tätigkeiten zu beherrschen, ist die Augmented Reality Technologie. In diesem Beitrag wird anhand von Projektbeispielen des Fraunhofer IFF auf aktuelle Fragestellungen in Forschung und Anwendung eingegangen.

Die fortschreitende Automatisierung und der absehbare Fachkräftemangel erfordern eine bessere Organisation der Arbeitsprozesse in der Fertigung und in angrenzenden Bereichen. Vor diesem Hintergrund wird die optimierte Funktions- und Arbeitsteilung von Menschen und Robotern im Sinne der direkten Mensch-Roboter-Kooperation ein relevantes Thema werden. Diese ist allerdings aus Sicht der Sicherheitstechnik und des Arbeitsschutzes kritisch, da die bislang geforderte Separation zwischen dem Gefahrenbereich des Roboters und der Arbeitsperson bei einem Kooperationsansatz aufgegeben werden muss.

Der DFG-geförderte Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ der RWTH Aachen entwickelt Lösungen, um die Produktion in Deutschland wettbewerbsfähiger zu machen. Beispielsweise sollen sich Produktionssysteme durch die Entwicklung kognitiver Steuerungen selbstständig an neue Bedingungen anpassen können. Die Aufgaben des Menschen werden dabei vorrangig in der Zielvorgabe und Systemüberwachung liegen. Aufgrund neuer Anforderungen an den Benutzer durch ein kognitives System liegt ein Schwerpunkt in der ergonomischen Gestaltung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle.

Der DFG-geförderte Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ der RWTH Aachen entwickelt Lösungen, um die Produktion in Deutschland wettbewerbsfähiger zu machen. Zum Beispiel sollen sich Produktionssysteme durch die Entwicklung kognitiver Steuerungen zukünftig selbstständig an neue Bedingungen anpassen können. Die Aufgaben des Menschen werden dabei zukünftig vorrangig in der Zielvorgabe, Systemüberwachung und der direkten Kooperation mit Robotern liegen. Ein neu entwickeltes synthetisches Sichtsystem dient als Basis für die Gestaltung innovativer Mensch-Maschine-Schnittstellen und für die rechnergestützte Planung von Mensch-Roboter-Kooperationsprozessen.

Virtual Prototyping ermöglicht heute in vielen Bereichen die Analyse auf der Basis von Computermodellen. Das spart Zeit und Kosten. Die Augmented Reality (AR) Technologie eröffnet hier weitere Perspektiven. AR reichert das, was der Benutzer von der Realität wahrnimmt, um computergenerierte Informationen an. So lassen sich beispielsweise analog zu Hardware-In-The-Loop-Techniken reale Baugruppen mit Computermodellen von in Entwicklung befindlichen Baugruppen kombinieren. In diesem Artikel werden der Einsatz und die Nutzenpotenziale der AR Technologie am Beispiel einer mobilen Versuchsplattform zur Untersuchung von Fahrzeugergonomien unter realen Fahrbedingungen in der Fahrzeug-Konzeptentwicklung dargestellt.

Fortschreitende Technologie- und Prozessentwicklungen ermöglichen die verstärkte Anwendung neuer Werkzeuge und Technologien in den Unternehmen. Augmented Reality (AR) ist solch eine neue und viel versprechende Technologie zur Unterstützung unterschiedlicher Aufgaben. Das große ökonomische Potenzial von AR ist durch verschiedene Anwendungen bestätigt worden und begründet den weiteren Entwicklungsaufwand für neue Soft- und Hardware. Dieser Beitrag zeigt das Potenzial von AR auf und stellt Anwendungen sowie zukünftige Entwicklungen vor.