Augmented Reality

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.

Die Megatrends der Zukunft ziehen umfangreiche Überlegungen hinsichtlich der Gestaltung und Optimierung von Arbeitsplätzen nach sich. Der Grad der Automatisierung in diesen Bereichen kann den Trends entgegenwirken. Hierbei spielen Assistenzsysteme und deren Nutzung in der innovativen Mensch-Roboter-Interaktion eine große Rolle. Ein Beispiel für den aktuellen Forschungstrend sind drucksensitive Sensorsysteme mit sogenannten taktilen Sensoren, wie sie in diesem Beitrag beschrieben werden.

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.

Die Globalisierung hat zu einer kontinuierlichen Zunahme von internationalen Sourcing-Strategien geführt. Die damit realisierbaren Einsparpotentiale werden jedoch durch geringe Flexibilitäten bei der Disposition und hohe Bestellvorlaufzeiten erkauft. Um den Disponenten bei der Planung und Steuerung globaler Lieferketten zu unterstützen, wurde ein ganzheitlicher Ansatz entwickelt, um disponible Bestände im Liefernetzwerk aufzuzeigen und zukünftige Bestandsentwicklungen für die Logistikplanung und den Vertrieb transparent zu machen. Basis dieser Lösung ist ein variables Assistenzsystem-Konzept, welches Transparenz schafft, dynamisch Bestandsreichweiten und Verfügbarkeiten berechnet und somit available-to-promise (ATP) Aussagen für globale Lieferrelationen ermöglicht.

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.

Zwischen manuellen Arbeitsplätzen und vollautomatisierten Fertigungssystemen gibt es Bereiche, in denen durch neue Ansätze der Automatisierungsgrad deutlich erhöht werden kann. Das Konzept der Assistenzroboter kann dieses Potenzial gemeinsam mit dem Werker erschließen: die Produktivität steigt, die Flexibilität bezüglich Stückzahlen und Produktvarianten wird ebenfalls erhöht. Einige Systeme sind bereits heute einsetzbar, etwa zum bahngeführten Handling schwerer Werkstücke. Leistungsfähigere Systeme mit einer engeren Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine bedürfen noch weiterer Forschungs- und Entwicklungsarbeit.

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.