Virtual Reality in der Industrie

Virtual Reality: Für Industrie 4.0 unverzichtbar

3D-Simulationen im virtuellen Raum, die ursprünglich für den privaten Anwender entwickelt wurden, haben sich als zukunftsfähige Technologie erwiesen. Sie können mittlerweile in diversen Bereichen der Wirtschaft eingesetzt werden. Für immer mehr deutsche Unternehmen ist die Virtual Reality ein unentbehrlicher Helfer.

In der Logistik:

Das Konzept Virtual Reality

Als Virtual Reality bezeichnet man die computergenerierte Erzeugung einer künstlichen dreidimensionalen Umgebung. Die 3D-Simulation wurde ursprünglich für die Gamingindustrie entwickelt, um den Spielern ein intensiveres Spielerlebnis zu verschaffen. Danach setzte die Forschung sie unter anderem für das E-Learning und zur Entwicklung industrieller Prototypen ein. Der Anwender trägt während seines Aufenthalts im virtuellen Raum ein spezielles Headset mit Datenbrille (Head-Mounted-Display, HMD). Dieses zeigt ihm die jeweiligen bildlichen Inhalte realitätsgetreu und nach Bedarf oder auf Wunsch sogar audiovisuell an. Da das HMD mit Sensoren ausgestattet ist, die seine Kopfbewegungen erfassen, kann er in der künstlichen Welt so agieren, wie er es in der Realität tun würde.

Die VR-Technologie ist mittlerweile so weit entwickelt, dass der Nutzer im digitalen Raum befindliche Gegenstände mithilfe von Gesten steuern und über einen mit Tracking-Sensoren bestückten Datenhandschuh erfühlen kann. Alternativ dazu erzeugt man den digitalen Raum mittels CAVE-System. Dafür nutzt man vier oder sechs Großbildleinwände und die entsprechende Anzahl Beamer. Der Anwender trägt bei der Begehung der Virtual Reality eine Datenbrille. Die virtuell dargestellten Objekte lassen sich passiv betrachten oder mithilfe eigener Handlungen manipulieren.

Die Virtual Reality ist längst kein Nischenprodukt mehr, das technikbegeisterten Anwendern zu mehr Spaß verhilft: Die industriellen Hersteller verwenden die praktischen 3D-Simulationen heutzutage für ihre eigenen Zwecke. Der Siegeszug der virtuellen Realität um die Welt begann dort, wo sie einst entwickelt wurde, in den USA. Heute führen Snap, Google, Facebook und Nvidia mit ihren VR-Erzeugnissen die Liste der Global Player an, die diese Branche dominieren. Auch wenn in den letzten Jahren immer mehr deutsche Unternehmen den Nutzen der Virtual Reality erkennen und in diese Technologie investieren, führt sie hierzulande immer noch ein Schattendasein. Und dies, obwohl es inzwischen sogar VR-Systeme am Markt gibt, die dem schmaleren Budget mittelständischer und kleiner Betriebe eher entsprechen.

Um die Akzeptanz für die innovative, Kosten und Zeit sparende Technologie zu erhöhen, hat der Bundesverband Digitale Wirtschaft eine Informationsplattform gestartet. Diese soll interessierten Unternehmen die unzähligen professionellen Anwendungsmöglichkeiten der 3D-Simulation nahebringen. Die aktuelle Forschung im Bereich VR beschäftigt sich damit, die ergonomische Gestaltung und die Usability der Geräte weiter zu optimieren, multimodale Schnittstellen zu entwickeln und die zukunftsfähige Technologie noch besser in innerbetriebliche Abläufe zu integrieren. Geplant ist, sie nicht nur in der Projekt- und Produktentwicklung und im B2B-Vertrieb (Präsentation von Produkten mit hohem Erklärungsbedarf) flächendeckend einzusetzen. Als Stolperstein bei der Umsetzung des Konzepts Industrie 4.0 in vielen deutschen Betrieben erweist sich jedoch das Fehlen standardisierter CAD-Daten: Viele Unternehmen haben ihre älteren Geräte und Maschinen überhaupt noch nicht digital erfasst. In ihrer CAD-Datenbank sind nur die neueren gespeichert.

Bisherige Einsatzgebiete der Virtual Reality

Die mit einem Headset und VR-Brille oder in Kombination mit einem CAVE erfahrbare künstliche Realität wird branchenübergreifend in den industriellen Bereichen

- Mitarbeiterschulung (Ausbildung, Weiterbildung, betriebliche Einarbeitung)
- Präsentation (Vertrieb, Marketing)
- Planung (komplexe, große Prototypen, Fahrzeuginnenräume)
- Fertigung
- Wartung

eingesetzt. Die Einarbeitung neuer Mitarbeiter in der Fertigung ist dank der VR heute einfacher und benötigt nicht mehr so viel Zeit: Der neue Kollege erhält nicht nur eine theoretische Einweisung in sein zukünftiges Arbeitsgebiet und in das Bedienen der Maschine, sondern kann seine erworbenen Kenntnisse danach sofort an der virtuellen Maschine praktisch umsetzen. Arbeiter in der Bergbauindustrie lernen mithilfe von Fahrsimulatoren ihren späteren Arbeitsplatz und das Bedienen und Warten von Geräten und Maschinen kennen. Im Verhaltenstraining erfahren sie, wie sie mit Gefahren richtig umgehen. Mitarbeiter in der industriellen Fertigung sind imstande, ihr Werkstück virtuell mit Bohrer und Fräse so zu bearbeiten, dass es später bei der realen Herstellung nirgendwo kollidiert. Derartige Kollisionsprüfungen werden übrigens schon seit Langem von vielen Fahrzeugherstellern durchgeführt. Darüber hinaus lassen sich mithilfe der Virtual Reality Arbeitsumgebungen und Prozesse planen und Störungen des Fertigungsprozesses aus der Ferne beheben.

Virtual Reality in der Industrie

Da CAVE-Systeme aktuell noch sehr kostenintensiv sind und einen großen Platzbedarf haben, kommen sie derzeit nur in bestimmten Forschungseinrichtungen und Großkonzernen (Automobilindustrie) zum Einsatz. Audi verwendet eine CAVE-basierte Lösung, bei der die Fahrzeuge mittels Gestensteuerung montiert werden. Audi-Verkaufsberater präsentieren potenziellen Kunden die jeweiligen Fahrzeugmodelle in verschiedenen künstlichen Umgebungen. Dieses bereits im Jahr 2015 in einer Beta-Version getestete und heute in deutschen, spanischen und britischen Audi-Autohäusern erfolgreich umgesetzte Konzept nennt der Automobilhersteller VR-Experience. Der Besucher des Audi-Verkaufshauses konfiguriert sich via Oculus VR-Headset seinen Traum-Audi bis ins Detail selbst. Anschließend erlebt er diesen mithilfe des VR Vertriebstools hautnah: Das digitale Modell wird dreidimensional im Panoramamodus zu unterschiedlichen Tageszeiten und in verschiedenen Umgebungen präsentiert. Der virtuelle Blick unter die Karosserie verrät dem technisch versierten Kaufinteressenten, wie sämtliche Komponenten verbaut sind. Ist er dann immer noch nicht von dem selbst generierten Modell überzeugt, ruft er sich die technischen Daten eines anderen Audi-Fahrzeugs auf und testet es in Kombination mit verschiedenen Ausstattungsvarianten. In Zukunft sollen sogar virtuelle Probefahrten in der Dunkelheit und bei schlechter Sicht möglich sein.

Der Autohersteller gilt als einer der Pioniere im Bereich Digitalisierung in der Industrie. Er verwendet bereits seit 2003 in diversen Geschäftsfeldern virtuelle 3D-Projektionen. Die Virtual Reality Headsets kommen heute außer im Vertrieb noch in der Produktion und in der technischen Entwicklung zur Anwendung. Die Mitarbeiter im Bereich Verpackungslogistik nutzen die Datenbrille für Schulungszwecke. Um Zeit und Kosten für die Entwicklung teurer Prototypen zu sparen, testet Audi derzeit sein neues Virtual Reality Holodeck. In diesen 15 x 15 Meter großen begehbaren virtuellen Raum, der real dieselbe Größe hat, wird der dreidimensionale Prototyp projiziert. Bis zu sechs Entwickler und Produktionsfachkräfte gehen um ihn herum und begutachten seine Oberfläche, Proportionen und das gesamte Design. Sie führen erforderliche Korrekturen über das HMD und zwei Hand-Controller durch. Die für die Berechnungen benötigte Software befindet sich auf einem nur drei Kilogramm schweren Computer, den jeder dieser Mitarbeiter in seinem Rucksack hat. Der Datenaustausch mit der zentralen Workstation erfolgt via WLAN. Mitarbeiter anderer Audi-Standorte können zur virtuellen Begutachtung zugeschaltet werden.

Volkswagen verwendet ebenfalls an allen firmeneigenen Standorten mobile VR-Systeme. Sie werden für virtuelle Trainings und zur Verbesserung der Kooperation zwischen den Mitarbeitern genutzt. Denn mithilfe der Headsets können sie sich miteinander und mit dem virtuellen Raum verbinden oder ihre Telefonkonferenz durch die viel effektivere VR-Konferenz ersetzen. Außerdem testet die Entwicklungsabteilung des VW-Konzerns derzeit mehrere CAVE-Systeme. Bei BMW dient die vielseitig verwendbare virtuelle Realität Marketingzwecken und zur Schulung der Verkäufer von Plug-in-Hybrid-Autos. Außerdem setzt der bayerische Hersteller von Premium-Fahrzeugen die virtuelle Realität zur Entwicklung neuer Automodelle und Innenausstattungen ein.

Sechsseitige Panoramadarstellungen von Produktionsstätten erleichtern den Planern ihre Arbeit und helfen, kostspielige Planungsfehler zu erkennen und den 3D-Entwurf zu überarbeiten. Prototypen komplexerer Anlagen und Maschinen lassen sich mithilfe der CAVEs ebenfalls im Detail betrachten und diskutieren. Die Industrie 4.0 nutzt die virtuelle 3D-Simulation hauptsächlich zur Herstellung mobiler Endgeräte und im Digital Engineering. Außer bei führenden deutschen Automobilherstellern kommen VR-Systeme bei der Herstellung von Sondermaschinen und im Maschinen- und Anlagenbau zum Einsatz.

Industrie 4.0

Vorteile der Virtual Reality in der Industrie

VR-Systeme, die zum Betrachten, Besprechen und Bearbeiten von Produkt-Prototypen verwendet werden, projizieren CAD-Modelle in die künstliche Dreidimensionalität. Sie lassen sich darin nach Belieben bewegen, rotieren und sogar in ihre Einzelteile zerlegen. Der Blick in das Innere von Maschinen und Anlagen ist damit ebenfalls möglich. 3D-Projektionen tragen dazu bei, die Kosten für die Herstellung physischer Modelle einzusparen. Darüber hinaus fallen keine Reise- und Transportkosten mehr an: Die virtuelle Präsentation kann von jedem beliebigen Ort aus erlebt werden.
Potential von VR in der Industrie:


VR-Systeme, die mit der kostengünstigeren und platzsparenden mobilen HMD-Technologie arbeiten, werden im industriellen Bereich grundsätzlich häufiger genutzt als vier- und sechsseitige CAVE-basierte Lösungen: HMD-Geräte sind mit einer mobilen Workstation kombiniert und können daher ohne großen Aufwand zum Kundengespräch oder zur Präsentation am Messestand mitgeführt werden. Moderne VR-Brillen sind verglichen mit ihren technischen Vorgängern wesentlich leichter und daher optimal geeignet, um dem Geschäftspartner die vor Kurzem entwickelten Produktmodelle (Maschinen, Anlagen, Fahrzeuge) vorzuführen.

Für professionelle Anwendungen installierte HMD- und CAVE-basierte Systeme sind technisch imstande, die virtuelle Umgebung bis zur Größe einer Halle zu erweitern. Damit steht dem Anwender eine größere Projektionsfläche für umfangreichere Simulationen zur Verfügung. Diese kann zur Schaffung künstlicher Fertigungs- und Lagerhallen genutzt werden (digitale Fabrikplanung). VR-Systeme sind außerdem dort von Vorteil, wo eine Nachbildung der Umgebung nicht möglich, zu kostenintensiv oder mit zu großen Gefahren verbunden wäre.

Sogar bei der Wartung von Anlagen und in der Bauindustrie sind mobile und standortgebundene 3D-Datenprojektionssysteme von Vorteil: Sie machen die Arbeit effizienter und reduzieren so Wartungs- und Instandhaltungskosten. In absehbarer Zukunft soll sogar folgendes Szenario Realität werden: Der Servicetechniker geht in die virtuelle Fabrikhalle und zerlegt die ausgefallene Maschine in ihre Einzelteile. Gibt es in der Datenbank eine Ersatzteilstückliste für die defekte Maschine, kann er die beschädigte Komponente direkt aus der Simulation heraus beim Hersteller ordern.

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