Persistente XR-Umgebungen Extended Reality: Produktentwicklung im Metaverse

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In der modernen Produktentwicklung haben Virtual, Augmented und Mixed Reality zahlreiche Branchen revolutioniert. Aktuell schicken sich Metaverse-Ansätze an, diesen Weg fortzuschreiben. Erprobt werden persistente (also immer online geschaltete) verteilt-kollaborative VR/AR/MR-Umgebungen für die Produktentwicklung. Wie Extended Reality die Entwicklung revolutioniert.

Je geometrisch komplexer die Produkte, desto sinnvoller wird der Einsatz von Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) – zusammengefasst: XR. Auch viel Nacharbeit in späten Entwicklungsstadien, notwendige Modifikationen in der Industrialisierung oder hohe Rücklaufquoten weisen auf sinnvolle Möglichkeiten für den XR-Einsatz hin. Ebenso sind sprachlich heterogene Märkte oder auch die intensive Kooperation in Wertschöpfungsketten Pro-Argumente für XR: Beides erfordert sichere Kommunikation, in der Extended Reality sehr gut unterstützen kann.

Der Artikel gibt einen Überblick über die Anwendungen und Vorteile von XR in der Produktentwicklung. Dabei erfolgt auf oberster Ebene eine Gliederung in die Themenfelder Prototyping Produkt, Prototyping Fertigung, Training und Assistenz sowie Marketing.

Virtual Product Prototyping mit Extended Reality

Die Designfindung und -absicherung sind erste Schritte, in denen VR eingesetzt wird: Sah man früher in erster Linie die Design-Visualisierung als Anwendung, so gibt es nun auch Wege der interaktiven Designgestaltung in Extended Reality. Das Metaverse lässt sich für verteiltes Arbeiten und Einbeziehung von Kunden in Co-Creation-Prozessen nutzen. Während das haptische Design von Schaltern und Tastern Stand der Technik ist, tut sich die XR bei anderen Elementen schwerer; Ansätze für Klappen (etwa Autotüren) wurden bereits getestet – derartige Ansätze bezeichnet man als Mixed Reality (MR). Für einige Produkte ist sogar Acoustic Design wichtig. 

VR hilft im Virtual Mock-Up bei der Analyse komplexer Geometrien durch Entwicklungsteams – auch weltweit verteilt. Ebenso lassen sich geometrisch-orientierte Simulationen wie Festigkeitsberechnung oder Fluiddynamik in virtuelle XR-Reviews einbeziehen. Auch die Bedienung, Ergonomie und Customer Experience eines Produkts können Gegenstand virtueller Erprobung sein. Die virtuelle Evaluation von Assistenzsystemen ist noch vergleichsweise neu. Ebenso verfolgen die Hersteller genehmigungspflichtiger Produkte (Stichwort: ABE) beharrlich das Ziel der Virtuellen Zertifizierung. Schließlich zählen das Absichern der Baubarkeit/Montierbarkeit und die Sicherstellung der Servicebarkeit zu den XR-Tätigkeiten. Zu diesem Zweck werden Fertigungsverfahren im digitalen Versuch ausgelegt, erprobt und per XR im Prozess oder im Ergebnis analysiert. Hier findet also ein fließender Übergang zum nächsten Kapitel statt, dem Prototyping der Fertigung.

Virtual Prototyping der Fertigung

Betrachten wir das Virtuelle Prototyping der Fertigung, können wir uns gut an den typischen Phasen der Fabrikplanung orientieren. Die Bestandsaufnahme erfolgt während der Grundlagenermittlung. Bei Brownfield-Projekten kann der Bestand über Laserscan-Daten in der VR oder auch per Überlagerung des neuen, digitalen Plans über den Bestand in AR erfolgen. Die Generalbebauung, Gebäudeinfrastruktur und das Layout werden im Rahmen der Konzeptplanung in VR visualisiert und begangen. Die Detailplanung umfasst die Förder-, Montage- und Automatisierungstechnik. Virtuelle Inbetriebnahme ist hier das zentrale Stichwort. Interaktive 3D-Umgebungen können Montageprozesse und -sequenzen interaktiv abbilden – für den Nutzer selbst oder für digitale Avatare. In der Realisierungsüberwachung ist erneut Augmented Reality einsetzbar, um Soll-Ist-Vergleiche der Planung mit dem aktuellen Baustand vorzunehmen. Alternativ kann eine Mischdatenverwaltung von Laserscan- und 3D-Konstruktionsdaten in VR erfolgen. Die Virtuelle Inbetriebnahme unterstützt des Weiteren während des Hochlaufs der Produktion.

Extended Reality: Training und Assistenz

Werker und Servicekräfte lassen sich bereits sehr frühzeitig (sogar ohne fertiges Produkt), ohne Gefahr für Mensch und Maschine, verteilt und nahezu beliebig skalierbar trainieren. Auch die physische Nicht-Verfügbarkeit verschiedenster Varianten spielt im virtuellen Training keine Rolle mehr. Hohe Immersion führt zu hohem Realitätsgrad, dieser wiederum zu einem hohen Lernerfolg.

Speziell Augmented Reality kann als Assistenz-Technologie helfen, digitale 3D-Informationen und Hinweise an die richtige Stelle im physischen Raum zu platzieren, sei es mit einer Smart Glass/Datenbrille oder per Handheld Device (Smartphone, Tablet). Seltener sind Umsetzung per Projektion, bei der ein kalibrierter und bekannt verorteter Projektor seine Hinweise direkt auf den relevanten physischen Arbeitsraum projiziert. Airbus nutzte diesen Ansatz in der Montage. AR findet weiterhin Einsatz in der Qualitätssicherung. Hier geht es darum, über einen AR-gestützten Soll-Ist-Vergleich relevante Qualitätsabweichungen schnell und einfach zu erkennen.

Marketing-Mix

Marketing und Produktentwicklung sind ohnehin auf das Engste miteinander verwoben, und auch Virtuelle Techniken spielen hier eine wichtige Brückenbauerfunktion: VR lässt sich in der Marktforschung einsetzen, um Kundenanforderungen an das Produkt zu ermitteln. Virtuelle Benchmarks, auch mit Wettbewerbsprodukten, unterstützen die Produktdefinition. Die Effekte des XR-Einsatzes (weniger fehleranfällig, kreativer, schneller) können ein Teil der Marktstrategie sein. Im Marketingmix werden VR und AR eingesetzt, um das Produkt zu kommunizieren. Das kann am Point-of-Sales geschehen oder am XR-Endgerät beim prospektiven Kunden daheim: XR-Produktkonfiguratoren und AR-Einplanungslösungen zählen zu solchen Lösungen.

Ausblick: Extended Reality in der Zukunft

Extended Reality ermöglicht es Unternehmen, Produkte effizienter zu entwickeln, zu testen und zu vermarkten. Trotz der bestehenden Herausforderungen überwiegen die Vorteile, und die Rolle von XR in der Produktentwicklung wird in den kommenden Jahren weiter wachsen.

Mit fortschreitender Technologie und sinkenden Kosten wird die Akzeptanz und Nutzung dieser Technologien weiter zunehmen. Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) werden XR weiter verbessern und neue Anwendungsmöglichkeiten schaffen. KI wird – ähnlich wie Mobile Computing zuvor – mutmaßlich sehr große Auswirkungen auf die weitere Entwicklung von Extended Reality haben. KI-gestützte Positurschätzung ist längst State-of-the-Art; KI-gesteuerte Avatare sind in den letzten zwei Jahren auf den Markt gekommen. Aktuell arbeitet die Branche mit Hochdruck an KI-Lösungen, die die aufwändige Erstellung von XR-Content weiter automatisieren. Es bleibt also spannend.

Der Autor Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Christoph Runde ist Geschäftsführer des Virtual Dimension Center und Gründer der XR Expo.