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Virtuelle Realität im Anlagenbau

Vom Holz-Modell zum digitalen Abbild

3D Virtual Reality-Lösungen sind besonders in Branchen etabliert, die wie Automobil- und Flugzeugbau von großen Unternehmen geprägt sind. Das Beispiel der Bausch+Ströbel Maschinenfabrik zeigt jedoch, dass auch mittelständische Produzenten von dem Einsatz der Technologie profitieren können. Das gilt für Digital Mock-Ups ebenso wie für die Kundenansprache auf Messeveranstaltungen.

Bild: Bausch+Ströbel Maschinenfabrik Ishofen GmbH & Co. KG

Der Einsatz von Virtual-Reality-Werkzeugen (VR) ist vor allem im Automobil- und Flugzeugbau weitgehend etabliert. Doch auch mittelständische Fertigungsunternehmen können vom Einsatz der Technologie profitieren: Anders als beim Konsum von 3D-Filmen können Anwender bei industriellen VR-Lösungen interaktiv ein 3D-Produktmodell im Maßstab 1:1 beeinflussen, das auf der Grundlage von CAD-Daten generiert wurde. Nutzer haben so die Möglichkeit, beispielsweise Montagesequenzen zu simulieren oder die Erreichbarkeit von Bedienelementen zu überprüfen. Da mehrere Anwender gleichzeitig an einem Datenmodell arbeiten können, öffnen sich für interne und unternehmensübergreifende Aufgabenstellungen neue Möglichkeiten. Dazu zählen etwa die Lösungssuche für Konstruktionsprobleme, Design Reviews und die Ausarbeitung von ergonomischen Details. Fragen dieser Art können in abteilungsübergreifenden Teamsitzungen – auch unter Einbeziehung von Kunden – erörtert werden, wodurch sich Prozesse und Arbeitsabläufe oft zielgerichteter und effizienter gestalten lassen.

Voraussetzungen für kollaboratives Arbeiten

Der Maschinenbauer Bausch+Ströbel Maschinenfabrik Ilshofen GmbH & Co. KG, der sich seit der Gründung vor 45 Jahren zu einem Unternehmen mit über 1.000 Mitarbeitern entwickelt hat, produziert hauptsächlich Verpackungsmaschinen für die Pharmaindustrie. Die Investitionsgüter müssen für jeden Einsatz individuell konfiguriert werden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen: Durch die Kombination einzelner Arbeitsmodule und mit dem Einsatz entsprechender Handhabungs-, Transport- und Luftaufbereitungssysteme entstehen Produktionslinien für die Lösung auch komplexer Verpackungsaufgaben. Dabei ist es für die Anlagenplanung immer wieder notwendig, Problemlösungen an Modellen zu erarbeiten, die im Maßstab 1:1 errichtet wurden. Dafür griff das Unternehmen lange Zeit zur Produktion von kosten- und zeitintensiven Mock-ups aus Holz. Um diesen Modellbau zu reduzieren, sollte auf den Betrieb einer VR-Anlage umgestellt werden, welche die Verpackungsmaschinen detailliert visualisiert und dem Betreiber so ermöglicht, notwendige Veränderungen am digitalen Objekt zu prüfen. Nach Abschluss einer Evaluierungsphase, in der denkbare Einsatzgebiete und Nutzenpotenziale eingegrenzt wurden, kam ein System der ESI Group zum Einsatz, die mit modularen Lösungen insbesondere die Fertigungsindustrie adressieren. Ebenfalls in dieser Projektphase traf der Maschinenbauer die Entscheidung, das VR-System nicht nur für interne Aufgaben, sondern auch zur Kundenkommunikation und Außenwirkung einzusetzen. Vor der Einführung des Systems selbst informierte das Unternehmen die beteiligten Mitarbeiter anhand einer Präsentation, wie die VR-Anlage funktioniert und welche Veränderungen nach der Systemeinführung zu erwarten seien. Zu den Zielen dieser Initiative zählte es, die notwendige Akzeptanz für die neue Umgebung zu schaffen – eine wichtige Voraussetzung für kollaboratives Arbeiten.

Modulare Lösung für Design Review und Digital Mock-up

Der technische Aufwand für die Implementierung von VR-Lösungen ist in den vergangenen Jahren deutlich gesunken. Zwar werden nach wie vor ein leistungsstarker Rechner, ein Projektor, eine spezielle Leinwand, 3D-Shutter-Brillen sowie Tracking-Systeme und Eingabegeräte benötigt; neben stationären Anlagen sind inzwischen jedoch auch portable Lösungen erhältlich, die weniger kostspielig sind und weitere Möglichkeiten bieten, wie den Einsatz auf Veranstaltungen. Untersuchungen des Systemanbieters ESI haben ergeben, dass der Maschinenbauer Bausch + Ströbel potenziell in den Bereichen Entwicklung und Konstruktion, Marketing und Vertrieb sowie Montage und Service durch den Einsatz von VR-Technologie profitieren kann. Zu Beginn sollten im Unternehmen allerdings zunächst die Aufgaben Design Review, Virtual Mock-Up und Verkaufsunterstützung in der Lösung abgebildet werden. Dafür wurde bei dem Maschinenbauer die Anlage IC.IDO mit folgenden Modulen installiert:

  • IDO.Explore: Die Basis-Software für Virtual- Reality-Anwendungen
  • IDO.Package: Für Simulationen von Montagestudien unter Kollisions- und Abgleitbedingungen
  • IDO.Ergonomics: Zur Integration eines virtuellen Menschmodells zur Berücksichtigung ergonomischer Aspekte
  • IDO.Multiinteract: Zwei-Hand-Interaktion mit Nintendo Wii-Controllern
  • IDO.Specialtrack: Werkzeug zur Integration realer, getrackter Objekte in die virtuelle Umgebung

Die verwendete ‚Powerwall‘, eine Kombination von 3D-Projektionswand in der Größe 3,20 auf zwei Meter, Infrarot-Trackingsystem und PC-Equipment, wurde vom gleichen Anbieter bezogen. Das unter dem Namen IC.Road erhältliche System ist kompakt konstruiert und lässt sich in 45 Minuten aufbauen. Zu den technischen Komponenten zählen ein Projektor von Christie, ein HP-3-PC-Cluster mit Nvidia Quadro K5000 Grafikkarten sowie ein Trackingsystem von ART inklusive des Eingabegeräts Flystick 3. Zusätzlich ist die Powerwall mit Zubehör wie Soundsystem, Nintendo Wii-Controllern und ‚Tracking-Targets‘ ausgestattet, diese Targets dienen der räumlichen Verortung von realen Gegenständen in der VR-Umgebung.

Systemnutzen kontinuierlich erweitern

Inzwischen wurde die Technologie mehrfach bei Kunden der Pharmaindustrie zur Optimierung bestelllter Produktionsanlagen eingesetzt. Zwar war es für den Abnehmer ungewohnt, die Nachbildung der Maschine nicht wie gewohnt anfassen zu können, letztlich überwogen jedoch die Vorteile dieser Technologie. Denn anders als bei physischen Modellen können im digitalen Abbild Komponenten auf Basis von CAD-Daten genau betrachtet werden – so lassen sich zum Beispiel die Positionen von Bedienelementen optimal an Nutzer verschiedener Größe anpassen. Zudem gestattet der Abgleich mit den Daten der Produktionshalle, in dem die Maschine später arbeiten sollte, früh die realitätsnahe Überprüfung der Inbetriebnahme. Nach Abschluss erster Projekte zeigt sich das Maschinenbauunternehmen davon überzeugt, bald weitere Einsatzbereiche der Technologie erschließen zu können.


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