Virtual 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.

Die dritte industrielle Revolution in den Siebziger- und Achtzigerjahren des 20. Jahrhunderts basierte auf der Verbindung von Maschine und Computer und legte so den Grundstein der heutigen Automatisierungstechnik in der Fabrik. Sie gipfelte im Computer Integrated Manufacturing (CIM). Aber begrenzte Rechenleistung und die Dystopie einer menschenleeren Fabrik verhinderten einen Erfolg von CIM. Industrie 4.0 hingegen steht für die Integration von Mensch, Technik und Organisation. Ihre Basis bildet die Vernetzung von Produkten, Werkzeugen und Produktionsmitteln zusammen mit der Verfügbarkeit aller relevanten Informationen. Die Kombination mit aktuellen Entwicklungen wie Cloud Computing und Big Data ermöglicht die Analyse und Verwertung dieser Informationen.

Technologien wie Digital Mock Up (DMU) und Virtuelle Realität (VR) können bereits zu einem frühen Zeitpunkt im Produktentstehungsprozess helfen, Fehler im Produktdesign zu entdecken und zu beheben. Die Virtuelle Absicherung greift allerdings bisher nicht systematisch auf Erfahrungen aus bestehenden Projekten zurück, um diejenigen Absicherungsaufträge abzuleiten, die - auf der Basis einer nachvollziehbaren Quantifizierung - den höchsten Nutzen versprechen. Die neu entwickelte Methode des DMU-Cockpits bündelt das dezentral vorhandene Wissen über Fehlerquellen in einem zentralen Werkzeug, um Absicherungsaufträge für die möglichen Fehlerquellen der Bauteile zu erzeugen. Die Funktionsweise wird in diesem Beitrag am Beispiel der schiffbaulichen Unikatproduktion erläutert. Der Einsatzbereich beschränkt sich jedoch nicht auf die Unikatproduktion; das DMU-Cockpit ist auch in anderen Branchen eine geeignete Basis für die systematische virtuelle Absicherung.

Kurzfristig auf geänderte Design-, Abrufmengen- oder Technologiewünsche reagieren zu können, ist im internationalen Nutzfahrzeugmarkt gefordert. Europäische Produktionsstätten brauchen durch höhere Lohnkosten besonders effizient gestaltete Produktionsprozesse sowie kürzeste Produktionsanlaufzeiten. Mit dem Einsatz von Virtual Reality-(VR) und Mixed Reality-(MR) Systemen können Montageprozesse schon nach der ersten CAD Konstruktion von Bauteilen und Montageanlagen in hoher Serienreife gestaltet werden. Bei Mixed Reality finden Interaktionen zwischen Anwendern und virtuellen Darstellungen bei Verwendung von (teil)realen Werkzeugen oder Werkstücken statt. Die Anforderungen an Hard- und Software sowie an das aufgebaute Mixed Reality-System zur Montagearbeitsplatzoptimierung werden dargestellt. Mixed Reality kann als künftige Kerntechnologie gesehen werden, um Montageprozesse ergonomisch richtig, in kürzerer Zeit und effizient zu gestalten.

Nur durch Versuche lassen sich Lösungsansätze in der Logistik bewerten. Die in der Logistikforschung weltweit etablierten so genannten Labs könnten bei der Verkürzung von Entwicklungszyklen eine wichtige Rolle spielen. Allerdings ist der direkte Zugriff auf entsprechende Geräte in den verschiedenen Labs nicht einfach möglich. Neue Möglichkeiten des technischen Zugriffs auf Logistikgerätezentren könnten etabliert werden, um die Verfügbarkeit und Benutzerfreundlichkeit zu erhöhen sowie eine bessere Auslastung bestehender Infrastrukturen zu ermöglichen. Im vorliegenden Beitrag wird der Fernzugriff auf Ressourcen mithilfe geeigneter Web-Anwendungen vorgestellt. Die Lösung entstand im Rahmen eines zweijährigen studentischen Projekts der Fachbereiche Informatik und Produktionstechnik an der Universität Bremen.

In den letzten Jahren ist ein wachsender Trend zum Aufbau spezieller Arbeitsplätze, sogenannter Virtual-Reality-Labore, an Hochschuleinrichtungen zu erkennen. Dieser trägt dem Wunsch nach besserer Visualisierung sowohl von Forschungs- als auch von Lehrinhalten Rechnung. Durch den Einsatz von Virtual-Reality-Systemen für bspw. universitäre Lehrveranstaltungen, kann die Vermittlung komplexer Sachverhalte verbessert und somit die Ausbildung von Fachkräften beschleunigt und zielgerichteter durchgeführt werden. In einer virtuell-interaktiven Umgebung können die relevanten Lehrinhalte so visualisiert werden, dass sie zusammen mit der sich bietenden Möglichkeit der praktischen Arbeit eine wesentliche Verbesserung der Lernerfolge erwarten lassen [1]. Der Beitrag skizziert die Potenziale, die die Nutzung der Virtual-Reality-Technik für die universitäre Ausbildung besitzt.

Virtual Engineering ist ein wichtiges Werkzeug zur Verifikation und Optimierung von Produkten in frühen Phasen der Entwicklung. Für die Entwicklung innovativer komplexer technischer Systeme sollten die Modelle die wichtigsten Produkteigenschaften beschreiben. Bisher existieren vor allem noch Defizite bei der Modellierung und Beurteilung des akustischen Verhaltens technischer Produkte, welches wichtig ist für Erzeugnisse mit ergonomischen und komfortorientierten Anforderungen, wie in der Konsumgüter- und Fahrzeugindustrie. Um einen Beitrag zur Beseitigung dieser Defizite zu leisten, wurde an der Technischen Universität Ilmenau eine flexible audiovisuelle Stereoprojektionseinrichtung (FASP) aufgebaut. Damit sind Untersuchungen der akustischen Wirkung unterschiedlicher Maschinenkomponenten, Maschinen, Fahrzeuge und anderer Produkte sowie psycho-akustische Bewertungen entworfener Produkte in einer virtuellen Umgebung möglich.

Die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen maritimen Industrie hängt entschei­dend von der Fähigkeit ab, innovativere Schiffe als die asiatische Konkurrenz zu bauen. Virtual Reality (VR) ermöglicht mit einer frühzeitigen, realitätsnahen Visualisierung sowohl dem Kunden die Entwurfskompetenz eindrucksvoll zu belegen als auch für die Entwickler von Werft und Zulieferern die Aus­wirkungen konstruktiver Entscheidungen zu beleuchten. Der Beitrag zeigt am Beispiel des Schiffbaus auf, welche Prozessveränderungen im Unternehmen für eine effiziente Nutzung von VR notwendig sind und welche Erweiterungen der VR-Systeme die Nutzer in der Handhabung besser unterstützen.

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.

Komplexe Maschinen entwickeln, testen, bedienen und im Havariefall unter Zeitdruck instand setzen - in vielen Berufen müssen sich Menschen neue Fähigkeiten aneignen. Und das so schnell und so sicher wie möglich. Dazu werden immer häufiger virtuelle Technologien eingesetzt. Handlungen an Maschinen und Anlagen werden in einzelnen Lektionen schon am virtuellen Modell trainiert. Sie können beliebig oft wiederholt werden, unabhängig von räumlichen und zeitlichen Einschränkungen der realen Maschinen und schon vor dem Bau der realen Anlage geübt werden