Explosionszeichnung eines Getriebeaufbaus

Die Methode Virtual Reality (VR) ist eine Möglichkeit, verbesserte, standardisierte, zeitoptimierte und nachhaltige Qualifizierungsmöglichkeiten zu schaffen. - Bild: v. Schwerin

| von Prof. Dr.-Ing. Markus L. v. Schwerin und MSc. Grete Hofmann

Die Bedeutung zuverlässiger technischer Systeme ist für produzierende Unternehmen von höchster Bedeutung. Neue Ausbildungs- und Qualifizierungsmöglichkeiten, deren Einsatz auch in der Instandhaltung durch die zunehmende Digitalisierung möglich werden, können so für zusätzliche Wertschöpfung sorgen: Hier kommt Virtual Reality ins Spiel.

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Virtual Reality als wirksame Methode für Auszubildende

Die Qualifizierung von Personal für die komplexen Aufgaben in der Instandhaltung stellen Unternehmen – die zunehmend auch global agieren – vor immer größere Herausforderungen. Methoden zu finden, wie dem Fachkräftemangel erfolgreich zu begegnen ist, oder wie ein standardisiertes Qualifizierungsniveau auch international aufrecht zu erhalten ist und wie diese Anforderungen wirtschaftlich zu gestalten sind, werden wesentliche Aufgaben der nächsten Jahre sein.

Obwohl Virtual Reality vor allem aus der Unterhaltungsindustrie bekannt ist, etwa in Form der VR-Brillen, gibt es auch zahlreiche industrielle Anwendungsfelder. Dazu gehören unter anderem die Darstellung von virtuellen Prototypen, insbesondere in der Bauindustrie, aber auch die Ausbildung von Piloten, Chirurgen und Monteuren.

Durch virtuelle Prototypen haben Entwickler und Kunden die Möglichkeit, VR-Modelle eines fertigen Produkts anzusehen. Konzepte können validiert und verbessert werden, ohne dass die Herstellung eines teuren Prototyps notwendig wäre. Bei der Qualifizierung mit Virtual Reality kann ohne reale Trainingsumgebung ein Montage- oder Instandhaltungsvorgang geübt werden. Das ist insbesondere bei gefährlichen Anwendungen, der Erkennung schwer reproduzierbarer Fehlermuster oder teuren Trainingsumgebungen von Vorteil. Zudem ist beim Training mit Virtual Reality kein realer Ausbilder nötig.

Lernen am digitalen Objekt

Im Rahmen eines Projektes wurde eine Montage- und Instandhaltungssimulation für ein Getriebe in Virtual Reality mit einer VR-Brille erstellt. Der Schwerpunkt wurde auf eine didaktisch sinnvolle Umsetzung gelegt. Zunächst wird mit einer Simulation, die mit einer vertonten Anleitung aufgezeichnet ist, für ein fundiertes Verständnis des technischen Systems „Getriebe“ gesorgt.

In der Simulation ist eine beliebige Anzahl von Wiederholungen möglich und der Anwender wird Schritt für Schritt durch die Lerneinheiten geleitet. Dabei wird zuerst die Funktionalität erklärt und der Getriebeaufbau durch eine Explosionsdarstellung verdeutlicht. Danach wird die Montage der Baugruppen in unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden trainiert (vgl. Video Nr. 1), wobei bei der Programmierung auf eine besonders realitätsnahe Interaktion geachtet wurde.

Funktion des zweistufigen Stirnradgetriebes

In einer weiteren Simulation kann die Montage von einzelnen Baugruppen geübt werden.

VR-Training: Montage von Baugruppen

Abschließend wurde durch Probanden, Studierende eines Maschinenbau Studiengangs, evaluiert, ob ein Training mit dieser VR-Simulation zu einer messbaren Verbesserung des Lernerfolgs, im Vergleich zu einer rein schriftlichen Instruktion führt. Es zeigte sich dabei, dass die Studierenden, welche die Montage zuvor mit Virtual Reality trainiert hatten, das Getriebe durchschnittlich 50 Prozent schneller als die untrainierte Referenzgruppe montierten. Zudem erreichte die VR-Gruppe in anschließend gestellten Verständnisfragen signifikant bessere Ergebnisse. Die VR-Simulation beanspruchte dabei zusammen mit der realen Montage nur geringfügig mehr Zeit.

Zusammenfassung

In dem vorgestellten Projekt wurde gezeigt, dass der Einsatz einer VR-Simulation für einen Ausbildungsberuf wie einen Studiengang einen signifikanten positiven Trainingseffekt hat. Die Methode Virtual Reality kann in zukünftigen Qualifizierungsprozessen zu einer Verbesserung des Lernerfolgs sowie zu einem standardisierten Kompetenzaufbau beitragen. Durch die weiteren Performancesteigerungen und sinkenden Preise der benötigten Hardware zur VR-Simulation, kann diese Technologie kosteneffizient immer häufiger in der Qualifizierung eingesetzt werden.

Bedeutung von Ausbildung und Kompetenzen in der Instandhaltung

Das Aufgabenspektrum in der Instandhaltung ist besonders breit und die Bedeutung des Individuums wurde bereits im Total Prodcutive Maintenance (TPM) der 1970-er Jahre beschrieben.

Neben Sachwissen, das früher primäres Ziel einer Ausbildung war, kommt es auf Grund des komplexen Aufgabenspektrums in der Instandhaltung zunehmend auf analytische Problemlösungskompetenzen der Auszubildenden an. Diese beschreibt die DIN EN 15628. Deutlich wird dabei, dass es bei den unterschiedlichen Leveln zu über 60 verschiedenen Fertigkeiten, Qualifikationen oder Kompetenzen in diversen Technologien kommen kann. Daraus lässt sich ableiten, wie diversifiziert das Spektrum von Aufgaben und täglichen Herausforderungen in der Instandhaltung ist.


Die hohe Verfügbarkeit von Anlagen, das schnelle Erkennen von Schwachstellen und Risiken sowie ein hohes Qualifizierungsniveau bei Anlagenbetreibern stellen eine wesentliche Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit und somit den wirtschaftlichen Erfolg von produzierenden Unternehmen dar. Sowohl die Prozesse als auch die technischen Systeme werden zunehmend komplexer, so dass auch in der Aus- und Weiterbildung neue Potenziale erschlossen werden müssen, um die Kompetenz der Fachkräfte stetig verbessern zu können. Zeit und Kosten sind hier die wesentlichen Erfolgsfaktoren, um geeignete Maßnahmen wirtschaftlich in das betriebsinterne Qualifizierungssystem einbinden zu können.

Ein Expertenbeitrag im Auftrag der maintenance Dortmund.

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