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Digitale Transformation

Industrie 4.0 durch AR, VR und Digital Twins?

Auf Industrie 4.0 gibt es einige Modelle, etwa um virtuelle Produktion abzubilden und so auf Basis von Ist-Daten eine digitale Umgebung zu schaffen. Welche Vorteile, welche Lösungen entstehen durch Technologien wie AR, VR und digitale Zwillinge?
© EPStudio20 | Shutterstock

Für Industrie 4.0 gibt es Modelle, etwa um virtuelle Produktion abzubilden und so auf Basis von Ist-Daten eine digitale Umgebung zu schaffen. Doch wozu das Ganze? Welche Vorteile entstehen durch AR, VR oder digitale Zwillinge? Welche Lösungen haben wirklich Zukunft und können Menschen unterstützen?

Digitalisierung um der Digitalisierung willen ist weder zielführend noch notwendig. Denn kein Prozess wird allein dadurch besser, dass man ihn digitalisiert. Digitalisierung muss Sinn ergeben. Sie muss beispielsweise für mehr Effizienz sorgen, die Planung vereinfachen, Spielräume schaffen, zusätzliche Schutzmechanismen etablieren oder das Durchexerzieren von Was-wäre-wenn-Szenarien erlauben.

Auch in Zukunft werden wir von unvorhergesehenen Ereignissen und den unvermeidlichen Disruptionen nicht verschont bleiben. Schon allein deshalb ist es zwingend erforderlich, sich mit der virtuellen Produktion auseinander-zusetzen. Zunächst steht sie für die dynamische Abbildung eines Produktions- und Logistiksystems. Virtuelle Modelle stellen nicht nur Gebäude und Anlagen als 3D-Visualisierung dar, sondern bilden auch die darin ablaufenden Prozesse realitätsgetreu ab. Durch die Kollaboration von Mensch und Maschine werden auch im virtuellen Modell Güter produziert und Paletten bewegt. Genau diese dynamischen Verbindungen von Mitarbeitern und Technik in einer bestimmten Systemlogik sind essenziell für die realitätsnahe Abbildung und ein entscheidender Faktor für die Effizienz.

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Die Grundlage für die virtuelle Produktion ist die Abbildung des Ist-Zustands. Um zu testen, welche Ereignisse oder Maßnahmen welche Effekte bringen, werden einzelne Parameter innerhalb der Modelle verändert und auf diese Weise Zukunftsszenarien abgebildet. Auf Basis der Modellergebnisse lassen sich Potenziale identifizieren und daraus Ideen und Ansätze ableiten. Für die meisten Unternehmen sind Szenarien zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, Verbesserung der Produkt- und Servicequalität oder Optimierung der Durchlaufzeiten relevant. Darüber hinaus können auch komplett neue Produktionsumgebungen erstellt und geprüft werden. Mithilfe neuer Technologien lassen sich die Planung, Auslegung und Inbetriebnahme virtuell umsetzen und verschiedene Szenarien durchspielen.

Damit überhaupt die Daten für diese Simulationsmodelle vorhanden sind, muss der Mensch in der Lage sein, Informationen zu sammeln und zu übertragen. Mittels industrieller Wearables wie etwa einem smarten Handschuh-Codescanner, der unauffällig auf dem Handrücken des Mitarbeiters sitzt, kann der Mensch Daten sammeln und mit anderen Systemen austauschen. Sie bilden die Grundlage für die Entwicklung realitätsnaher Simulationsmodelle, weil sie den Faktor Mensch miteinbeziehen. Denn auf den Menschen wird es auch weiterhin ganz entscheidend ankommen – eine vollautomatisierte Fabrik bleibt zumindest auf absehbare Zeit eine Illusion.

Trendthema Augmented Reality

Unter Augmented Reality versteht man die computerunterstützte Erweiterung der Realität, die aktuell noch vorwiegend visuell stattfindet. Sie erweitert die Wahrnehmung der realen Welt um digitale Zusatzinformationen, die in das Sichtfeld der Nutzer projiziert werden, etwa mithilfe von Displays oder AR-Brillen. Eines der in der Industrie genutzten Displays ist die HoloLens von Microsoft. Nutzer können sie über Eye-Tracking, Gesten, Sprache, Kopfbewegungen oder Bedienknöpfe steuern. Darüber werden sehr viele wertvolle Daten erfasst, die anschließend für die Simulation von Prozessen und Produkten verwendet werden. In der Produktion unterstützt Augmented Reality den Menschen bei interaktiven Schulungen oder mit Hilfestellungen bei komplexen Aufgaben und kann das fertige Produkt in Lebensgröße abbilden.

Augmented Reality kann eine wichtige Rolle in der Industrie einnehmen. Denn sie unterstützt den Menschen, indem sie sich in die reale Welt eingliedert. Die Arbeitskraft kann sich weitere Informationen oder Bilder anzeigen lassen, die ihr bei der Umsetzung helfen. So lassen sich beispielsweise komplexe Arbeitsabläufe Schritt für Schritt über AR anzeigen und ohne Spezialwissen umsetzen. Mitarbeiter sehen auf dem Bildschirm eine visuelle Arbeitsanweisung, die als digitale Projektion auf dem realen Produkt erscheint. Darüber hinaus ist AR auch in der Lage, Risikosituationen zu erkennen und dem Menschen Warnsignale zu senden – ein entscheidender Faktor für die Arbeitssicherheit. Aber auch Fernwartungen von Maschinen und Anlagen sind mithilfe von AR möglich.

Virtual Reality – eine andere Welt

ProGlove Insight ist eine API-orientierte Plattform, die das Potenzial einer vernetzten Belegschaft erschließen soll.
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Die virtuelle Realität zeichnet sich durch die Immersion aus. Anders als bei der Augmented Reality wird die echte Umgebung nicht erweitert, sondern eine ganz neue, computergesteuerte Wirklichkeit erschaffen. Komplett abgeschirmt von ihrer Umgebung werden die Nutzer über eine Brille in eine virtuelle Welt mitgenommen, die als 3D-Eindruck im Gehirn erzeugt wird. Sensoren erkennen Bewegungen und simulieren eine Interaktion. In virtuellen Welten lassen sich Industrieprodukte oder auch Arbeitssituationen realistisch darstellen. Im B2B-Umfeld wird Virtual Reality vorwiegend für die Erstellung neuer Produktionsumgebungen und Prototyping eingesetzt.

Darüber hinaus kann sich der Mensch mittels VR für neue Prozessabläufe oder Anlagen selbst schulen. Das fördert die Routine mit neuen Systemen und verbessert die Durchlaufzeit in der realen Umgebung. Zudem können Mitarbeiter verschiedene Szenarien in der virtuellen Welt durchspielen, um Fehlerquellen vorab zu identifizieren und damit die Quote zu reduzieren.

IIoT schafft die Basis für den Digital Twin

Der digitale Zwilling ist letztlich nichts anderes als ein Datenkonzept. Er beschreibt alle relevanten Assets, etwa in einer Industrie-4.0-Produktion. Dazu gehören herzustellende Produkte, Werkstücke und Maschinen. Der digitale Zwilling aggregiert Daten, die in der Produktionsumgebung erzeugt werden, wertet sie aus und ermöglicht anschließend das Durchspielen verschiedener Szenarien, um die Produktion zu optimieren. Basis für den Digital Twin ist eine vernetzte IT-Infrastruktur.

Der digitale Zwilling in seiner ursprünglichen Form beachtet allerdings nicht den Faktor Mensch. Dafür steht ein neues Modell: der Human Digital Twin. Es sammelt Daten von menschlichen Arbeitskräften mithilfe von Wearables und ermöglicht es, eine entscheidende Datenquelle zu erschließen. Nun ist es möglich, alle relevanten Daten auszuwerten, um realitätsnahe Szenarien zu erstellen. Der Human Digital Twin zeigt deutlich, wie sich der Mensch bewegt, und ermöglicht so eine Auswertung von Wegzeiten im Lager, Warenflüssen und potenziellen Gefahren. Hier verbirgt sich ein enormes Optimierungs-potenzial, das Produktionsumgebungen für den Menschen nicht nur effizienter, sondern auch sicherer macht.

Neue Technologien für die virtuelle Produktion

Ein industrielles Wettbewerbsumfeld, das durch schnelle Marktveränderungen und immer kürzere Innovationszyklen geprägt ist, fordert ein hohes Maß an Flexibilität der Produktions- und Logistiksysteme. Durch den Einsatz virtueller Modelle lassen sich typische Fragestellungen mit Simulationsmodellen beantworten. Unternehmen können so die Auswirkungen nach Umstellung auf kleinere Losgrößen, die Abwicklung von Eilaufträgen oder die Identifizierung von Engpässen eruieren.

Virtuelle Modelle ermöglichen es außerdem, den Menschen bei seiner Arbeit zu unterstützen und die Umgebung auf seine Arbeitsweise hin zu optimieren. Ziel ist es, den Menschen in die Industrie 4.0 zu integrieren und seinen Arbeitsplatz sicherer zu machen. Darüber hinaus unterstützen Technologien wie AR und VR die Weiterbildung des Menschen in realitätsgetreuen Umgebungen, um ihn auf neue Situationen vorzubereiten und entsprechend auszubilden.

 

Der Autor

 

Axel-Schmidt von ProGlove
Axel-Schmidt von ProGlove.
© ProGlove

Axel Schmidt

ist Senior Communications Manager bei ProGlove. Das Unternehmen mit Hauptsitz in München produziert industrielle Wearables wie etwa Handschuh-Codescanner.


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