Digitaler Zwilling, AR, und VR - die erweiterte Realität (Extended Reality, XR) soll den Nutzern viele Vorteile - auch in der Instandhaltung - bringen.

Digitaler Zwilling, AR, und VR - die erweiterte Realität (Extended Reality, XR) soll den Nutzern viele Vorteile - auch in der Instandhaltung - bringen. - Bild: Aveva

In den letzten zwei Jahren haben viele Unternehmen aufgrund der Pandemie ihre Pläne zur digitalen Transformation beschleunigt. Seitdem nutzen immer mehr Unternehmen Extended Reality (XR) und sehen die Vorteile, wie zum Beispiel eine effektivere Datenerfassung, erhöhte Sicherheit und verbesserte Produktivität. 

Vor allem für den reibungslosen und sicheren Betrieb von industriellen Anlagen ist die erweiterte Realität ein echter Gewinn. Sie kann zum Beispiel bereits während der Planung und dem Bau neuer Fabrikanlagen hinzugezogen werden, um Fachpersonal auf den Einsatz in der neuen Werkstätte vorzubereiten.

Gamifizierte Trainings machen dies möglich: In einer nachgebildeten virtuellen Umgebung lernt die Belegschaft die geplante Anlage kennen und kann wichtige Wartungs- und Bedienschritte einüben. Der Betrieb kann dadurch sofort nach Beendigung des Bauprozesses gestartet werden. Wertvolle Produktionszeit geht nicht verloren und ein kostspieliger Stillstand der neuen Werkstätte wurde vermieden.

Gamification in der Industrie

Der Sammelbegriff Extended Reality bezieht sich auf alle real-virtuell kombinierte Umgebungen und Mensch-Maschine-Interaktionen, die durch Computertechnologie und tragbare Geräte erzeugt werden. XR umfasst Technologien wie Virtual (VR), Augmented (AR) und Mixed Reality. In Verbindung mit künstlicher Intelligenz (KI) erschaffen AR-, VR- und XR-Anwendungen neue Möglichkeiten und heben das Konzept der Gamification auf ein neues Level. Die Software Aveva XR soll laut Hersteller die erste Lösung sein, die in der Lage ist, alle Formen von XR, einschließlich AR, VR und MR, zu verwenden, um eine passende Schnittstelle zu schaffen, die Assets, Dokumentation und Echtzeitinformationen miteinander verbindet. 

Mit Gamification ist die Verwendung von Spielmechanismen, Strategien und visuellen Elementen in einem nicht spielerischen Kontext gemeint. Diesen Ansatz gibt es in der ein oder anderen Form schon seit vielen Jahren. Aber von der Industrie wird er erst seit den 2010er Jahren wirklich wahrgenommen. Analysten prognostizieren, dass der globale Markt bis 2027 einen Wert von 37 Milliarden US-Dollar haben wird, gegenüber 6,33 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019. 

In der Industrie wird der Einsatz von Gamification derzeit durch eine alternde Belegschaft und die Tatsache vorangetrieben, dass Fachwissen und Knowhow an eine neue Generation von Arbeitnehmern, die Digital Natives sind, weitergegeben werden muss. Das Konzept birgt daher großes Potenzial für die Weiterentwicklung des virtuellen Trainings, um komplexes Wissen für Maschinen- und Anlagenbedienende aber auch das allgemeine Personal zu vereinfachen.

Video: Gamification - Spielend leicht lernen

Zunehmend nutzen moderne Lern-Konzepte Gamification, also die "Spielifizierung" in der Lehre. - Inhalt: W wie Wissen / ARD

Learning by Doing dank AR und Echtzeitinformationen

Wenn KI in gamifizierte Trainingsprozesse einfließt, können Unternehmen die Prinzipien der Gamification in Echtzeit nutzen und vom Training zum Learning by Doing übergehen. Dazu wird ein immersives Trainingssystem (ITS) verwendet. 

Das ITS verbindet einen originalgetreuen Prozesssimulator mit einer virtuell begehbaren Umgebung einer Anlage, einem sogenannten digitalen Zwilling. Dieser ist visuell und interaktiv und liefert wichtige Informationen über das Equipment und Maschinendetails. So ist es möglich, alle Daten einer Anlage – oder sogar mehreren Anlagen – in einer digitalen Darstellung auf einem Tablet abzubilden. Die erfassten Daten helfen dabei, die Anlage vorausschauend zu warten und Ausfällen vorzubeugen. Auch lassen sich darüber bestimmte Prozesse aktivieren. Denn jede Aktion kann in dieser virtuellen Umgebung so eingestellt werden, dass sie die thermodynamisch korrekte Reaktion in der Anlage in Echtzeit auslöst.

Wenn die Belegschaft zum Beispiel eine Wartungsmaßnahme an einer bestimmten Anlage durchführen muss, kann dies in einer absolut sicheren Umgebung durch eine geführte Wartung geschehen. Die Person sollte vorher den Status der Maschine abfragen und sich vergewissern, dass alles sicher ist, bevor sie zu handeln beginnt. Augmented Reality führt sie dann durch die notwendigen Schritte. Bei einer Störung oder einem unlösbaren Problem kann das System Informationen wie technische Anleitungen zur Verfügung stellen. Wenn nötig, kann auch eine Expertin oder ein Experte am anderen Ende der Welt angerufen werden, um in Echtzeit Hilfestellungen und Unterstützung zu geben. All diese Aspekte sind der Schlüssel, um vom Training in die reale Umgebung zu wechseln. Wartungsarbeiten in der erweiterten Realität kombinieren die physische und virtuelle Umgebung, um eine hohe Interaktion zwischen Mensch und Maschine zu erreichen und so die Effizienz der Arbeitskräfte zu steigern. 

Die KI-gesteuerten ITS-Simulatoren reduzieren die Einarbeitungszeit, verbessern die Kosteneffizienz und optimieren den Return on Investment (ROI). Daten von Aveva zeigen, dass je nach Unternehmen das ITS die Kosten um 30 bis 40 Prozent senken, die Wiederherstellungszeiten nach Stillständen um 15 bis 20 Prozent verkürzen und die Wartungsbudgets um 1 bis 3 Prozent reduzieren kann. In bestimmten Branchen lassen sich einige Vorteile einfach nicht in Zahlen fassen – etwa die Vermeidung menschlicher Fehler beim Betrieb von Kernkraftwerken.

Ohne digitalen Zwilling geht es nicht

Der digitale Zwilling einer Anlage – auch einer Produktionslinie, einer Maschine oder ähnlichem – ist eine digitale Darstellung einer realen Anlage. Er dient als digitaler Container, um alle Informationen zu dieser Anlage und den mit ihr verbundenen Assets zu sammeln. Das macht ihn zum unverzichtbaren Kernelement. Er bildet die Basis der gesamten Datenstruktur, die erstellt wird, und wird von mehreren Live-Daten gespeist: Konstruktionsdaten, simulierte Prozessdaten, Daten zur vorausschauenden Wartung und so weiter. Die Daten können sowohl vor Ort als auch in der Cloud gespeichert werden. Die XR-Komponente ist die Schicht über dem digitalen Zwilling, um diesen über Wearables oder andere Geräte zu visualisieren. 

Der direkte Zugriff auf Daten macht für die Wartung und den Betrieb von Industrieanlagen den großen Unterschied. Sie sind in diesem Fall die Kernkomponente, denn während beim reinen Training der Simulator die Realität nur widerspiegelt, wird bei der realen Einspeisung eine Live-Datenverbindung in Echtzeit hergestellt. Im Falle eines Fehlers oder einer anderen gefährlichen Situation steht sofort jede Art von Erkenntnis und Wissen zu Verfügung. Ein digitaler Zwilling bietet so eine sichere, zuverlässige Umgebung, um Strategien zur Wartung und Optimierung von Anlagen vor der Implementierung zu testen und zu überprüfen. 

Unternehmen, die XR-Anwendungen für den Betrieb und die Wartung ihrer Anlagen nutzen wollen, sollten zuerst alle Informationen zum Stand ihrer digitalen Transformation erfassen. Denn die dafür notwendigen Materialien und Informationen müssen vorhanden sein. Das betrifft vor allem 3D-Basisdaten, die für die Erschaffung einer XR-Umgebung zwingend erforderlich sind. Ebenso wie die Konstruktionsdaten von Gebäuden und Anlagen, die für die Abbildung des digitalen Zwillings benötigt werden. Häufig fehlen jedoch genau diese Daten. Mit einem steigenden Reifegrad der Digitalisierung kommen Unternehmen zukünftig immer mehr in die Lage, das volle Potenzial ihrer Daten für solche Anwendungsszenarien nutzen zu können.

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