22.09.2020 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

Holodeck: Arbeitsabläufe im Engineering mit Augmented Reality (AR) optimieren

HolodeckQuelle: Simon Toplak/Holo-Light

Konzeptaussagen bis zu 15 Monate früher treffen, leicht übersehbare Konstruktionsfehler schneller erkennen und am Zielort prüfen, ob Planung und Realität übereinstimmen. Wie lassen sich Arbeitsabläufe im Engineering mit Augmented Reality (AR) optimieren? Von Alexander Werlberger

Heute arbeiten Ingenieure und Konstrukteure mit 3D-Modellen in CAD-Systemen wie Catia oder Autocad in einem digitalen Workflow. Konzepte jedoch überprüfen sie konventionell und gleichen diese meist „per Hand“ mit der Realität ab: Sie lassen Prototypen fertigen, drucken Papierpläne aus, zeichnen Daten aus dem CAD-System ein und prüfen anschließend – mit dem Klemmbrett ausgerüstet – ihre Entwürfe im Feld. Das ist zeitintensiv und fehleranfällig und immer wieder schleichen sich in den eigentlich digitalen Prozess analoge Lücken ein, die mit Hilfe von einem Holodeck geschlossen werden können.

Das Holodeck als Lösung

Augmented Reality kann diese Lücken schließen. Beispielsweise hat das Unternehmen Holo-Light dafür Lösungen in Petto, wie den Augmented Reality Engineering Space (ARES). Das ist ein interaktiver AR-Arbeitsplatz beziehungsweise ein digitaler Kollaborationsraum. Das Tool verspricht, Engineering-Arbeitsabläufe in der Planung, Entwicklung und Produktion zu optimieren und kollaborativ zu gestalten. AR sollte aber nicht nur Vorteile für die Unternehmen generieren, sondern dem Ingenieur durch Digitalisierung direkt weiterhelfen und den Nutzen aufzeigen.

Konstruieren auf dem Holodeck

Bei der Arbeit mit Augmented Reality können Anwender CAD-Dateien per Drag and Drop in Ares laden und sie als Hologramme in eine reale Umgebung hinein visualisieren und sie dort manipulieren. Das geht auch in einer virtuellen Sitzung gemeinsam mit mehreren Kollegen.

Die Verbindung zwischen realer und virtueller Welt stellt ein Head Mounted Display (HMD) wie Microsofts Hololens her. Dabei dient der sogenannte „AR Workspace“ als Arbeits-, Besprechungs- und Präsentations-Plattform. Zwischenstände, Varianten oder finale Konzepte können effektiv bearbeitet und diskutiert werden.

Die Nutzer können die holographischen Objekte auf unterschiedliche Art und Weise manipulieren. Sie können nicht nur die Größe, sondern auch Position oder Winkel über einfache Gesten und Griffe anpassen. Ebenso können sie eine „Cross-Section“, also ein Schnittbild zur Begutachtung innerer Strukturen, erstellen.

Bei Bedarf können sie aus dem kompletten Hierarchiebaum der CAD-Datei einzelne Komponenten individuell ein- oder ausblenden. Nutzen sie den Multi-User-Modus in Teams für ortsunabhängige Konzept- oder Design-Reviews, bleiben alle in der digitalen Arbeitssitzung vermerkten Informationen am Objekt und sind lückenlos in den weiteren Workflow integrierbar.

AR im Fahrzeug-Prototypenbau

Neue Produkte und Fertigungsverfahren müssen immer auf ihre Realisierbarkeit geprüft werden. Doch die Produktion entsprechender Prototypen kostet Zeit und frisst Ressourcen. Oft muss der Prozesseder Herstellung des Endprodukts „nachgestellt“ und ähnliche Maschinen und Anlagen zum Einsatz kommen.

Insbesondere für kleine Serien sind Prototypen daher nahezu unerschwinglich. Ein bekannter deutscher Automobilhersteller setzt deshalb auf AR, um die Konzeption und Umsetzung neuer Fahrzeugmodelle wirtschaftlich realisieren und schnell validieren zu können.

Der Bereich Technische Integration nutzt Ares, um Absicherungsaktivitäten entlang der Entwicklungsprozesse zu optimieren. Anhand der maßstabsgetreuen Visualisierung und Interaktion mit zuvor in CAD-Programmen erstellten Konzepten und Prototypen können die Ingenieure die Erreichbarkeit, Einbaumöglichkeiten und Einsehbarkeit relevanter Montagepunkte in komplexen Systemen sofort nachvollziehen.

Vor allem die Überlagerung von realer Geometrie wie beispielsweise eine Karosserie mit holographischen 3D-Komponenten bietet ihnen eine flexible und kostengünstige Methode, verschiedene Varianten eines Konzepts in Minuten zu beurteilen.

Auch hier helfen gemeinsame virtuelle Design Reviews, um unstimmige Details bereits in den frühen Produktentstehungsprozessen zu erkennen. Der Automobilhersteller konnte Konzeptaussagen im Vergleich zu einem Projekt ohne AR-Unterstützung bis zu 15 Monate früher treffen.

HolodeckQuelle: Simon Toplak/Holo-LightQuelle: Simon Toplak/Holo-Light
Das AR-Eingabegerät Stylus XR ist ein nützliches Werkzeug für die Qualitätskontrolle und Vermessung.

AR im U-Bootsbau

Vorteile bietet Augmented Reality mit dem Holodeck auch in der Konstruktion hoch komplexer Objekte wie im Flugzeug- oder Schiffbau üblich. Die Herstellung entsprechender Produkte ist mit extrem hohen technischen Anforderungen verbunden. Mehrere Tausend Bauteile müssen ausgerichtet, eingeschweißt und überprüft werden. Die Lage und Ausrichtung von Bolzen und Schrauben bestimmen Vermessungsingenieure dabei bis dato meist anhand analoger 2D-Unterlagen.

Thyssenkrupp Marine Systems hat mit AR die Vermessung und Qualitätsprüfung von Bauteilen digitalisiert. Das Unternehmen setzt dabei ein Lösungspaket aus Software und Hardware ein, wobei Ares durch Stylus XR ergänzt wird. Das ist ein AR-Eingabegerät dessen Tracking-Technologie auf künstlicher Intelligenz basiert.

Damit können die thyssenkrupp Ingenieure millimetergenaue Arbeiten, Messungen und Bewegungen in einer AR-Umgebung durchführen. Mit seiner Genauigkeit von 1 bis 3 Millimetern nutzen sie den Stylus als grundlegendes Mess- und Referenzierungsgerät für U-Boot-Bauteile.

Der Vorgang ist jetzt deutlich kürzer und einfacher. Im Büro kann der Ingenieur das 3D-Modell (beispielsweise jt-Format) in das Holodeck Ares hineinladen, die Koordinaten zum Referenzieren von Schrauben und Bolzen definieren sowie auf die Hololens hochladen. Die Koordinaten können dann mit dem Stylus XR ausgewählt werden. Virtuelle Bauteile geben dabei die Markierungen vor und beinhalten optisches Feedback zur richtigen Platzierung. Im Objekt selbst markiert der Ingenieur mit dem AR-Eingabegerät die Stellen, an denen eine Schraube montiert werden soll, dabei hilft ihm die Überlagerung von virtuellen 3D-Modellen und realer Umgebung. Nach erfolgter Montage kann der Ingenieur mit Augmented-Reality-Brille und Software zudem einen Soll/Ist-Abgleich vornehmen.

HolodeckQuelle: Thyssenkrupp Marine SystemsQuelle: Thyssenkrupp Marine Systems
Ingenieure von Thyssenkrupp kombinieren traditionelle Werkzeuge mit moderner AR-Hardware und -Software beim Konstruktion und Bau von U-Booten.

AR spart Zeit, Kosten und Nerven

AR verbessert bei komplexen Konstruktionen bisher aufwändige und fehlerbehaftete Planungs- und Einbauprozesse. Der Ressourcenaufwand ist geringer, Planungs- und Einbaufehler fallen schneller auf.

Dadurch können die Unternehmen massiv Kosten und Zeit einsparen, während sie gleichzeitig Qualität und Geschwindigkeit der Projekte erhöhen. Dabei werden Iterationsschritte und logistische Aufwände in der Produktentwicklung deutlich verkürzt und eingespart, während die Detailgenauigkeit als auch die Optionen für eventuelle Modifikationen im Prototyping zunehmen.

AR eignet sich für zahlreiche Anwendungen für die Planung von Anlagen und Maschinen sowie für die Wartung und Qualitätskontrolle bis hin zu Schulungen und Trainings.

Alexander Werlberger ist CTO und Co-Founder von Holo-Light in München und Innsbruck.

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