Virtual Reality und Industrial Engineering


Verfasser: Kim Bogus, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am REFA-Institut e.V., Dortmund

Anwendungen der Virtuellen Realität (VR) können unseren Arbeitsalltag nachhaltig beeinflussen. Schon heute setzen Unternehmen vereinzelt auf die zukunftsfähige Technologie. Die Potenziale sind jedoch bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Deren Erschließung erfordert in Zukunft das Zusammenwirken verschiedenster Akteure. Insbesondere der Industrial Engineer ist hier gefragt.

Virtual Reality, virtuelle Realität oder auch VR ist eine Technologie, die es dem Nutzer erlaubt, in eine künstliche Realität einzutauchen und innerhalb dieser über sensomotorische Kanäle interaktiv tätig zu werden ([1]; [2]). Obwohl das Konzept der virtuellen Realität schon seit mehreren Jahrzehnten diskutiert wird, wurde es erst mit der Verfügbarkeit von am Kopf getragenen Displays (Head-Mounted-Displays – HMD) für den betrieblichen Einsatz nutzbar [3]. Diese „VR-Brillen“ kommen aktuell noch hauptsächlich in der Computerspiele-Branche zum Einsatz. 

Generell lässt sich der Nutzen der VR für die Anwendung im Betrieb durch drei Kriterien beschreiben [4]:

  • Die Immersion ist die Fähigkeit der VR, dem Nutzer ein möglichst reales Umfeld zu erschaffen.
  • Die Interaktion macht es möglich, in der VR aktiv mit der virtuellen Umgebung und anderen Teilnehmern zu agieren.
  • Imagination und Autonomie erlauben es dem Anwender, Erfahrungen zu sammeln und diese in der realen Umgebung nutzbar zu machen.

VR-Einsatzfelder im Betrieb

Beispielsweise in der Produktionsplanung können Arbeitsplätze in einer virtuellen dreidimensionalen Umgebung gestaltet und getestet werden, ohne reale zeit- und kostenintensive Testbereiche aufbauen zu müssen (Bild 1).

Bild 1: VR in der Entwicklung und Produktion [5]

Weitere bekannte und realisierte Einsatzmöglichkeiten der VR gibt es in der Systemsimulation. Auch zu Anlernzwecken wird die VR eingesetzt. Hier haben Beschäftigte die Möglichkeit, z. B. komplexe Montageprozesse zu trainieren. Weiterhin findet die VR im Prototypenbau Verwendung. Hier kann in der frühen Entwicklungsphase durch die virtuelle Darstellung von Produkten die zeit- und kostenintensive Herstellung von realen Prototypen vermieden werden. Stattdessen findet die Betrachtung im virtuellen Umfeld statt und bietet sogar die Möglichkeit, Produkte mit mehreren Teilnehmern zu testen (Bild 2).

Bild 2: VR-Einsatz bei der Prototypen-Entwicklung [6]

In der Konstruktion und Produktionsplanung wird meist mit komplexen Kollisionssimulationen gearbeitet, durch die konstruktive Fehler aufgezeigt werden, die beispielsweise während der Montage auftreten können. Wird die VR eingesetzt, um Montageszenarien für z. B. das Anlernen durchzuführen, sind diese Kollisionssimulationen auf Grund des hohen Rechenaufwandes stark eingeschränkt. Aktuell erfordert das noch den kostenaufwendigen Einsatz mehrerer Softwarelösungen.

In der Natur der VR selbst liegt das in fast allen Fällen fehlende haptische Feedback. Reale Nachstellung von Gewicht oder der Resistenz eines Körpers sind kaum umsetzbar und ggf. auch nicht sinnvoll. Weiterhin gestaltet sich die Integration von CAD-Modellen in VR-Umgebungen schwierig. Hier besteht noch Entwicklungsbedarf, damit bei der Bereitstellung von virtuellen Objekten für die VR ein möglichst realitätsnahes, interaktives und praxistaugliches Lösungskonzept für Unternehmen angeboten werden kann [7].

Die möglichen Einsatzgebiete der VR sind jedoch noch längst nicht erschlossen. In der Fabrik der Zukunft verfügt die Technologie über das Potenzial, in verschiedenen Bereichen entlang der gesamten Wertschöpfungskette angewendet zu werden. Bei der Produktentwicklung beispielsweise kann die VR helfen, die Kundenwünsche in technische Anforderungen zu überführen, da die Realitätsnähe gegenüber herkömmlichen Bildern oder Bildschirmen wesentlich größer ist.

Auch bei der konkreten Entwicklung von Lösungen kann die VR in Zukunft präsenter werden. Hier bieten virtuelle Realitäten sprichwörtlich mehr „Raum“, um kreative Ideen während der Entwicklung umzusetzen. Auch bei der Implementierung von Lösungen übernimmt die VR eine wesentliche Rolle. Wie im Video zu sehen, hilft die VR etwa bei der virtuellen Inbetriebnahme von Fertigungslinien und auch die Kontrolle von Maschinen kann über die virtuellen Abbilder erfolgen, so dass entsprechende Fachkräfte nicht zwingend am Standort der Maschine bzw. Anlage arbeiten müssen [3].

Weitere zukünftige Anwendungsfelder sind in Bild 3 aufgeführt. 

Bild 3: Vorteile der VR in verschiedenen Anwendungsbereichen [3]

Bedeutung von VR für das Industrial Engineering

Auf Grund der Schnittstellenfunktion des Industrial Engineer verfügt dieser potenziell über die Möglichkeit, geeignete Einsatzbereiche zu erkennen und den Nutzen abzuschätzen sowie zu definieren, an welcher Stelle eine Implementierung sinnvoll sein kann. Sehr wichtig ist dabei die Berücksichtigung der Tragweite der Technologie hinsichtlich der Veränderungen für das Unternehmen. Durch die Implementierung verändern sich unter Umständen nicht nur Prozesse, sondern auch Aufgaben, die Qualifikationsanforderungen, der Arbeitsplatz selbst sowie Arbeitszeiten bzw. Arbeitsmodelle müssen gegebenenfalls überdacht werden. Nicht zuletzt kann die Verwendung der VR auch das Industrial Engineering bei der Bewerkstelligung seiner Aufgaben unterstützen. Hier sind das Wissen und die Kernkompetenzen des Industrial Engineer gefragt, der situationsabhängig entscheiden muss, welche Veränderungen notwendig sind und welche betrieblichen Akteure bei der Gestaltung und Umsetzung neuer Arbeitswelten, wie etwa durch die VR, wichtig sind.

Die VR bietet das Potenzial, Zeit und Kosten in verschiedensten Bereichen einzusparen, erfordert jedoch ein tiefgreifendes „Umdenken“ hinsichtlich der Gestaltung von Prozessen, Anwendungen, Arbeitsplätzen oder -systemen. Das Industrial Engineering ist hier zukünftig angehalten, geeignete Szenarien für das Unternehmen abzuleiten, zu gestalten und umzusetzen.
 

Quellen

[1] Bethoz, A.; Vercher, J.L.: The treaty of virtual reality: Foundations and behavioral interface. In: Ecole de Mines. Frankreich, 2006

[2] Fuchs, P.; Moreau, G.; Guitton P.: Virtual Reality: Concepts and Technologies. In: CRC Press. USA, 2011

[3] Bougaa, M.; Bornhofen, S.; Kadima, H.; Rivière, A.: Virtual Reality for Manufacturing Engineering in the Factories of the Future. In: Applied Mechanics and Materials. September 2015

[4] Burdea, G.; Coiffet, P.: Virtual Reality. In: Hermès-Paris. Frankreich, 1993

[5] Youtube: Virtual Reality & Augmented Reality für Entwicklung und Produktion. Aufgerufen am 07.02.2018 unter https://www.youtube.com/watch?v=bwmSELQFhHg

[6] Youtube: Mixed Reality Experience at the BMW Group. Aufgerufen am 07.02.2018 unter https://www.youtube.com/watch?v=9cW48GLx1nM

[7] Wolfartsberger, J.; Zenisek, J.; Sievi C.: Chances and Limitations of Virtual Reality-supported Toll for Decision Making in Industrial Engineering. In: IFAC PapersOnLine 51–11, 2018

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