Virtual und Augmented Reality: Bereits implementierte Anwendungsfälle in der Fertigung

Augmented Reality in der Industrie

Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) haben sich in den letzten zehn Jahren von einer reinen Spieltechnologie zu einem Toolset entwickelt, das die Arbeit der Mitarbeiter an der Front ergänzen und bereichern kann. Um die Auswirkungen von AR und VR auf die Industrie zu verstehen, finden Sie hier einige Fakten zur geschätzten Nutzung und zum Wachstum:

  • Investmentgesellschaften haben erst kürzlich erklärt, dass der globale AR- und VR-Markt von 3 Milliarden Dollar im Jahr 2020 auf 28 Milliarden Dollar im Jahr 2025 wachsen wird, da die Technologie sich weiterentwickelt und die damit verbundenen Kosten sinken (gemäß dem Wright’schen Gesetz).
  • Bis 2030 werden 23 Millionen Arbeitsplätze AR und VR auf die eine oder andere Weise für Schulungen, Meetings und Kundenservice nutzen. (PwC 2019)
  • 43 % der Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes geben an, dass VR innerhalb der nächsten drei Jahre zum Mainstream in ihrem Unternehmen werden wird. Weitere 38 % glauben, dass es in drei bis fünf Jahren Mainstream sein wird. (Capgemini)
  • AR-Entwicklungsstatistiken für 2020 zeigen, dass Augmented Reality-Unternehmen eher an industriellen Anwendungen (65 %) als an Verbrauchersoftware arbeiten. (Forbes)

Augmented und Virtual Reality werden in Zukunft eine wichtige Rolle in der Fertigung spielen, und die Geschwindigkeit ihrer Einführung wird direkt proportional zur Komplexität der Produkte und Prozesse sein, in denen sie zum Einsatz kommen werden.

Einige der Herausforderungen, die durch diese Technologien gelöst werden, stehen meist im Zusammenhang mit der Übertragung von Wissen an die Benutzer:

  • Verringerung der Verwaltung von Papierdokumenten
  • Förderung der Umsetzung von Innovationen (Produkt-, Prozess-, Marketing- und Organisationsinnovationen)
  • Und, aufgrund einer geringeren Neigung, Wissen zu behalten, die Schaffung von mehr Just-in-Time und immersiven Arbeitsanweisungen

Das Versprechen von Industrie 4.0 in AR und VR

Die ganze Prämisse (und das Versprechen!) von Industrie 4.0 besteht darin, dass neue mit bestehenden Technologien kombiniert werden, so dass die Abläufe extrem vernetzt, vorausschauend, widerstandsfähig und effizient werden. Die daraus resultierenden Betriebsdaten, die bisher ignoriert wurden oder verloren gegangen sind, werden nun durch hypervernetzte IT-Anwendungen erfasst, von diesen Anwendungen mithilfe von KI- und Big-Data-Analysen angereichert und dann den Nutzern in der gesamten Wertschöpfungskette zur Verfügung gestellt.

Die Industrie 4.0 nutzt sowohl Geräte der Wirtschaftsinformatik, die auf dem Internet der Dinge basieren, als auch Cloud-basiertes Computing, wobei AR und/oder VR für eine angereicherte und immersive Erfahrung genutzt werden, die es Unternehmen ermöglicht, schneller zu reagieren. Ausgestattet mit qualitativ hochwertigen Informationen tragen die daraus resultierenden Maßnahmen dazu bei, die Vorteile von Industrie 4.0 in Bezug auf Geschwindigkeit, Genauigkeit, Klarheit und in einigen Fällen auch Innovation zu erreichen.

Aber was bedeuten Augmented Reality und Virtual Reality wirklich für die Fertigung? Was genau ist der Unterschied zwischen den beiden? Sind sie austauschbar? Sind sie ein Ersatz füreinander? Und welche Rolle spielen sie insgesamt, wenn es darum geht, Industrie 4.0 in die modernen Fabriken von heute zu bringen?

AR oder Augmented Reality, wie der Name schon sagt, versucht nicht, die Realität des Benutzers vollständig zu ersetzen, sondern erweitert sie um kontextbezogene Informationen in Form von Bildern, Videos, Tönen, Diagrammen, Dokumenten oder einer Kombination dieser Elemente, um die Realität des Benutzers zu verbessern. Diese Erweiterung der Realität kann den Nutzern in vielerlei Hinsicht helfen und sie in die Lage versetzen, besser mit ihrer aktuellen Umgebung zu interagieren und sofort fundiertere Entscheidungen und Handlungen zu treffen. Augmented Reality hat, genau wie Virtual Reality, viele Vorteile zu bieten, insbesondere in modernen Fertigungsbetrieben, die entweder am Anfang ihrer Automatisierungsreise stehen oder bereits halbautomatisiert sind, aber aktiv und aggressiv Industrie 4.0 verfolgen wollen.

Umgekehrt kann VR oder Virtual Reality am besten als eine Technologie verstanden werden, die es dem Benutzer ermöglicht, eine alternative Realität zu erleben, je nach Einsatzart in 2-D oder 3-D. Im Grunde genommen ersetzt VR die Realität, indem sie den Nutzer in eine alternative Realität eintauchen lässt, die der Realität nachempfunden sein kann oder die sich völlig von der Realität des Nutzers unterscheidet. VR ist eine Technologie, die dabei hilft, eine virtuelle Alternativwelt zu schaffen, in der der Benutzer mit den vorhandenen Elementen interagieren kann und sich durch sensorische Hilfsmittel, die das Sehen, den Klang, den Geruch und die haptischen Sinne beeinflussen, in die besagte Welt eintauchen kann. In der Fertigung hat VR ein immenses Potenzial, die Effektivität und Genauigkeit der Mitarbeiter an der Frontlinie bei der Entscheidungsfindung und Produktivität zu verbessern und zu ergänzen.

AR und VR sind sehr komplementäre Technologien, und beide spielen eine Rolle in der Industrie 4.0. Beide können in einer Vielzahl von Bereichen einen wichtigen Beitrag leisten, von der Errichtung neuer Anlagen und der Inbetriebnahme neuer Produktionslinien bis hin zur Schulung des Personals und von der Modellierung der bestehenden Werkshalle bis zur Umsetzung der vorausschauenden Wartung.

Industrie 4.0-Perspektive

Betrachten wir nun, zu welchen spezifischen Bereichen AR und VR aus Sicht von Industrie 4.0 beitragen können.

Augmented Reality ist vor allem durch das extrem populäre und virale Spiel Pokémon Go bekannt. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass AR im Hinblick auf die Bedeutung und die Akzeptanz von Industrie 4.0 noch vor VR liegt, und vielleicht ist daran auch etwas dran.

AR ist eine Technologie, die selbst bei einfacher IIoT-Konnektivität leicht zu integrieren ist und über Standard-Smartphones und -Tablets bereitgestellt werden kann. Dies unterstreicht die Wichtigkeit, Lösungen zu wählen, die Hardware-agnostisch sind, und mit einer geringen Investition zu beginnen, diese Technologie in unseren Betrieben zu erforschen.

Es gibt auch fortschrittliche Geräte wie Headsets und Brillen, die dem Nutzer ein etwas intensiveres AR-Erlebnis bieten können. Aber im Kern versucht Augmented Reality, die bestehenden Bedingungen des Benutzers zu verbessern, indem es kontextbezogene Informationen hinzufügt, die ihm helfen, seine Arbeit besser zu erledigen – das ist ein großer Teil des Reizes, den Augmented Reality für Betriebe hat. In Verbindung mit der Tatsache, dass die meisten Arbeitsabläufe in absehbarer Zeit nicht vollständig automatisiert sein werden, wird AR immer attraktiver.

VR ist auch autonom, was bedeutet, dass Anlagen im fortschrittlichsten Betrieb virtuell genau so dargestellt werden, wie sie es physisch tun – ein echter digitaler Zwilling, in dem das Personal die Aktivitäten auf dem realen Werksgelände über den digitalen Zwilling überwacht und mit Elementen im Zwilling interagiert, um Aktionen in der tatsächlichen physischen Anlage zu ermöglichen und zu erstellen. Die Technologie, die den digitalen Zwilling ermöglicht, ist VR und bietet Anlagen, die nicht vollständig automatisiert sind (und weit davon entfernt sind, autonom zu sein), ein enormes Potenzial.

VR erstellt ein digitales Modell der bestehenden Anlage und hilft Ingenieuren und Betriebsexperten, den Arbeitsablauf zu optimieren, die Anlagenkonfiguration zu ändern/verbessern und Anlagenlayouts zu erstellen, die für bestehende und neue Anlagen effizienter sind. Mithilfe von VR können alle Elemente einer Anlage virtuell erstellt werden, und MES würde dann diese virtuellen Anlagedaten aus den tatsächlichen Betriebsergebnissen einspeisen, so dass die Experten die Abläufe, Bestandsbewegungen, Ausrüstungsleistungen, Prozessbedingungen und die Leistung des Personals auf ihren VR-Geräten überprüfen, verstehen, was geändert werden muss, und dann die Änderungen in der realen Betriebsumgebung vornehmen können.

Die aus Problemen in bestehenden Anlagen durch VR gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, bessere Anlagen für künftige oder andere Standorte zu modellieren, und sich auf verbesserte Produktdesigns erstrecken. Durch die Analyse von Daten aus dem digitalen Zwilling können produktionsbezogene SOP-Änderungen vorgenommen werden, und all dies kann in Echtzeit geschehen.

VR hat mehr zu bieten als die Schaffung eines immersiven virtuellen Zwillings für Prozessverantwortliche. Selbst in ihren einfachsten Implementierungen kann VR dabei helfen, das Personal durch Simulationen zu schulen, was den Verlust von Zeit und Material drastisch reduzieren kann. Die Verbesserung des Qualifikationsniveaus des Personals kann für die persönliche Entwicklung oder den Erhalt des Arbeitsplatzes entscheidend sein. Unabhängig von der Tätigkeit, sei es in der Instandhaltung oder im Betrieb, kann VR-basiertes Training dem Personal helfen, tatsächliche Erfahrungen zu sammeln, ohne es selbst oder teure Ausrüstung/Material in Gefahr zu bringen. Je nach Betrieb und Bereitschaft der IT- und IoT-Infrastruktur können VR-Implementierungen in Unternehmen von einfachen 2-D-Simulationen bis hin zu hochgradig fesselnden und immersiven 3-D-Renderings des tatsächlichen Prozesses und der Ausrüstung reichen.

AR- und VR-Anwendungsfälle in der Fertigung

Es gibt viele Bereiche, in denen sich AR und VR für Anwender in der Fertigung als vorteilhaft erwiesen haben und noch erweisen werden; wir wollen einige dieser Anwendungsfälle hervorheben.

BEDIENERINFORMATIONEN
AR und VR helfen den Bedienern, detaillierte Produkt- und Prozessschritte, Arbeitsanweisungen, SOP-Schemata, Materialien und Werkzeugauswahl zu sehen und interaktiv geführt zu werden, um Aufgaben effizient und fehlerfrei zu erledigen.

PRODUKTINFORMATION
Indem Sie ein AR-Gerät auf ein beliebiges Produkt in der Werkstatt richten, können Sie sofort vollständige Rückverfolgbarkeitsaufzeichnungen anzeigen, wie z. B.: Mengen-, Los-, Chargen- oder Gerätehistorie, Produktspezifikationen, Auftragsdetails, Kundendetails, Qualitätsmetriken usw.

GERÄTEINFORMATIONEN
Wenn Sie das AR-Gerät auf eine beliebige Anlage in der Fertigung richten, können Sie wichtige KPIs anzeigen, wie z. B. In-Prozess-Lose, OEE-Leistung, MTTR und MTBF, Ausbeute, Zykluszeit, Wartungspläne, Betriebs- und Reparaturanweisungen und vieles mehr.

VR UND DIGITALE ZWILLINGE
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines physischen Vermögenswerts, sei es ein Gerät oder eine ganze Anlage. Ein digitaler Zwilling ahmt das Verhalten und die Leistung seines Zwillings nach und ermöglicht es Ihnen, die physische Anlage in Echtzeit zu visualisieren, zu überwachen und zu warten. Digitale Zwillinge ermöglichen Drilldown-Darstellungen von höheren Ebenen (von Anlagen oder Bereichen) bis hin zu einzelnen Geräten, einschließlich Zooming mit grafischer Animation. Bei der Überwachung auf Detailebene kann ein einzelnes Gerät mit seinen verfügbaren Elementen angezeigt werden, was Einblicke in Informationen wie historische Daten und Materialverfolgung ermöglicht.

Wichtige Punkte, die bei der Auswahl einer AR- und VR-Lösung zu beachten sind

Da AR und VR in jedem Fall Informationen aus dem Prozess und über den Prozess hinzufügen, kann jeder Bediener mit einem AR/VR-fähigen Gerät diese Technologien nutzen, um seine Aufgaben besser zu erledigen, mit sofortigem Kontext in Bezug auf die Leistung, den Status und den Zustand jedes Geräts, jeder Station oder Ausrüstung. Augmented Reality kann zur direkten Weitergabe von Rezepten, Anweisungen (unter Verwendung von Bildern/Text/Ton/Video), Änderungen und Warnungen verwendet werden.

Dieser Informationsfluss erfordert die Integration der AR&VR-Lösung mit einer Anwendung, die alle diese Prozesse steuert und ständig aktualisiert wird. Nur dann sind Sie in der Lage, den Bedienern just-in-time Informationen zur Verfügung zu stellen. Daher ist der erste wichtige Punkt, dass die AR-/VR-Technologie in diese betrieblichen Anwendungen integriert (oder schließlich aufgenommen) wird.

Um die Einführung dieser Technologie zu vereinfachen, ist es wichtig, dass der Aufwand für die Einrichtung und Wartung gering sein kann. Damit möchte ich zwei weitere wichtige Punkte erläutern: die Einfachheit der Erstellung und Pflege von AR&VR-Inhalten und die Rolle, die mobile Geräte bei den ersten Erfahrungen und der Erkundung dieser Technologie in einer betrieblichen Umgebung spielen werden.

Sowohl Augmented Reality als auch Virtual Reality sind äußerst vielversprechende Technologien. Sie haben bereits Einzug in unser tägliches Leben gehalten und spielen nun eine entscheidende Rolle bei der Einführung von Leistungsverbesserungen in der Industrie 4.0.

Die Positionierung des MES im operativen Bereich macht es natürlich zu einem Partner par excellence für die Einführung dieser AR&VR-Technologien, und es werden weitere Anwendungsfälle entstehen, insbesondere in den Bereichen Materialhandling, d. h. bei der Unterstützung des gesamten Lebenszyklus der Materiallogistik, sowie bei der Unterstützung des Qualitätsmanagements, z. B. bei der Verwaltung nicht konformer Lose, bei der Probenahme und in anderen Fällen.

Die Installation eines modernen MES schafft nicht nur die wichtige Integrationsinfrastruktur, sondern ermöglicht es Ihnen auch, die Vorteile, die grundlegende Industrie 4.0-Technologien wie AR und VR für Ihren Betrieb mit sich bringen, voll auszuschöpfen.

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