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Kein Wunder also, dass bildliche Darstellungen in der Technik sehr schnell an Bedeutung gewinnen Wer will schon noch eine Bedienungsanleitung lesen oder, noch schlimmer, aus einem automatisiert übersetzten Text herausfiltern, wenn eine auch nur einigermaßen brauchbare bildliche Darstellung zur Verfügung steht Dabei kann es sich um ein animiertes Bild handeln, um ein Video, eine 3D-Darstellung oder eine vollständige virtuelle Umgebung Die Möglichkeiten dieser Technik sind bereits erstaunlich perfektioniert Das kommt der Natur des Menschen sehr entgegen, sodass oft erstaunliche Effekte entstehen „Jede hinreichend fortschrittliche Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden“, lautet eine der Regeln, die der Science Fiction Autor Artur C Clarke einmal formuliert hat Kein Wunder also, dass bildliche Darstellungen in der Technik sehr schnell an Bedeutung gewinnen. Wer will schon noch eine Bedienungsanleitung lesen oder, noch schlimmer, aus einem automatisiert übersetzten Text herausfiltern, wenn eine auch nur einigermaßen brauchbare bildliche Darstellung zur Verfügung steht. Dabei kann es sich um ein animiertes Bild handeln, um ein Video, eine 3D-Darstellung oder eine vollständige virtuelle Umgebung. Die Möglichkeiten dieser Technik sind bereits erstaunlich perfektioniert. Das kommt der Natur des Menschen sehr entgegen, sodass oft erstaunliche Effekte entstehen. „Jede hinreichend fortschrittliche Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden“, lautet eine der Regeln, die der Science Fiction Autor Artur C. Clarke einmal formuliert hat.

Tina Haase, Geschäftsfeld Virtuell Interaktives Training: „Die virtuell-interaktiven Trainingswelten bieten berufliches Lernen über Handlungen, aber ohne Gefährdungen.“

Wer sich überzeugen will, wie recht er damit hatte, ist etwa beim Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg am richtigen Ort. Das Virtual Development and Training Centre VDTC dieser Forschungseinrichtung ist spezialisiert auf die Anwendung neuester Ergebnisse auf dem Gebiet der Virtual Reality und der Augmented Reality in der Industrie.

Ein solches, aber beileibe nicht das einzige Anwendungsgebiet dieser „technischen Illusionen“ ist die Instandhaltung. „Virtuelle Realität“, erklärt dazu Dr. Marco Schumann, Geschäftsfeldleiter Virtuell Interaktives Training am IFF, „setzt bereits bei der Konstruktion an. Die zunehmende Verbreitung von 3D-Konstruktionsprogrammen bietet eine gute Basis für die Entwicklung interaktiver Modelle. 3D-CAD-Daten sind für die Fertigung oft schon vorhanden und können nahtlos in die virtuelle Welt überführt werden.“

Das IFF hat sich da allerdings bereits in etwas größere Dimensionen begeben. Der auch von außen gut erkennbare „ElbeDom“ des Virtual Development and Training Centre im Magdeburger Wissenschaftshafen bietet Platz für die virtuelle Darstellung ganzer Industrieanlagen auf einer 300 m2-Leinwand im 360°-Panorama. „Das ist im Prinzip nichts anderes als der Bauplan in 3D“, erläuterte Schumann. „Aber es ist immer wieder erstaunlich, wie viel mehr Erkenntnisse eine solche Rundum-Darstellung ermöglicht als eine „platte“ Zeichnung. Das zeigen beispielsweise so genannte Design Reviews. Hier begutachten Vertreter unterschiedlicher Gewerke die geplanten baulichen Gegebenheiten, die Anordnung der Ausrüstungen, die Leitungsführungen für Strom und andere Medien, die Fluchtwege und die gesamten Materialflüsse. Dabei haben sie den Eindruck, dass die sie umgebende virtuelle Welt sehr real ist. So werden sofort Schwachstellen erkennbar, die sonst vielleicht erst in der Inbetriebnahme zu Problemen führen würden. Auch die Lösungen zeichnen sich sehr schnell ab.“

Call for Papers
10. Fachtagung Digital Engineering

In vielen produzierenden Unternehmen werden bereits heute Methoden und Werkzeuge des Digital Engineering eingesetzt. Das geschieht sowohl im Stadium der Konzeption von Produkten und Produktionsanlagen, als auch bei deren Betrieb und Instandhaltung. Allerdings erfolgt die Nutzung, etwa von Simulationstools, oft nur in einzelnen Phasen der Produktentwicklung. Gelänge es, diese Methoden durchgängig und auf allen Stufen des Produktlebenszyklus anzuwenden, ließe sich ein immenser wirtschaftlicher Nutzen generieren. Um das zu erreichen, ist jedoch unter anderem die verständliche Verknüpfung relevanter Informationen aus den verschiedensten Fachdisziplinen notwendig. Derzeit noch nicht ausreichend digital beschriebene Prozesse und Funktionen sind zu erfassen, ebenso wie das Wissen der Mitarbeiter.
Aktuelle Anwendungs- und Forschungsfragen zum Digitalen Engineering und dessen Methoden und Werkzeuge sind Kernthemen der 10. Fachtagung im Rahmen der 16. IFF Wissenschaftstage vom 18. – 20. Juni 2013 in Magdeburg. Experten aus Industrie und Forschung sind aufgerufen, sich mit einem Vortrag an der Fachtagung zu beteiligen: Berichten Sie über aktuelle Einsatzfelder, Best-Practice-Beispiele und künftige Potenziale sowie Herausforderungen der digitalen Technologien in Ihrem Unternehmen.
Ihr Abstract (max. eine A4-Seite, 2400 Zeichen) reichen Sie bitte über die Internetseite ein. Die Einreichfrist endet am 10. Januar 2013.
www.wissenschaftstage.iff.fraunhofer.de

Ist die Anlage dann errichtet, lassen sich solche Darstellungen natürlich im gesamten Lebenszyklus nutzen, etwa bei Umbauten oder Modernisierungen. Aber auch im Alltag der Instandhaltung gewinnen virtuelle Darstellungen zunehmend an Bedeutung.

Dr. Marco Schumann, Geschäftsfeldleiter Virtuell Interaktives Training: „Die künftige erneuerte Industrialisierung Europas wird den Grundgedanken der „Industrie 4.0“ folgen. Das bedeutet Anlagen, die nach ganz neuen Prinzipien aufgebaut sind und arbeiten.“

Ein Beispiel dafür war die Begleitung der Grundinstandsetzung eines Schaufelradbaggers im Tagebau Hambach der RWE Power AG. Dazu baute zunächst ein Team aus Computervisualisten und Maschinenbauingenieuren ein virtuelles Modell des Baggers. Aus Konstruktionszeichnungen und dem als Text vorliegenden Entwurf des Arbeitsablaufs wurde eine Best-Practice-Lösung als Animation zusammengestellt. Als Werkzeug diente dazu das im Fraunhofer IFF entwickelte interaktive Visualisierungssystem, die „Virtual Development and Training Plattform“, kurz VDT Plattform. Sie erlaubt es, selbst einen 220 m langen und 94 m hohen Bagger mit der zweifachen Masse des Eiffelturms räumlich im Maßstab 1:1 abzubilden.

So entstand ein virtuelles 3D-Modell, das mehr als 100 Schritte für die Montage und Demontage der Kugelbahnen einzeln darstellt. Für jeden Schritt wurden zusätzliche Fachinformationen und Kennzahlen hinterlegt, etwa wie weit der Oberbau anzuheben ist und welche Werkzeuge dabei zu verwenden sind. An entsprechenden Stellen integrierten die VR-Experten weiterführende Informationen in Form von Fotos, Videos, vorhandenen Montageanleitungen oder Konstruktionsunterlagen.

Auf diese Weise entstand eine virtuelle Arbeitsanleitung und Dokumentation. Sie ist als Grundlage für die Planung und Durchführung zukünftiger Instandhaltungsmaßnahmen und als Dokumentationswerkzeug nutzbar. Das interaktive 3D-Modell des Baggers lässt sich auch auf einem Bildschirm durchschnittlicher Größe handhaben.

Das virtuelle Modell zeigt Zusammenhänge auf, die in der Realität verborgen bleiben.
Tina Haase
Fraunhofer IFF, Magdeburg

Die virtuelle Simulation ist auch dann hilfreich, wenn Instandhaltungsarbeiten aufgrund langer Wartungsintervalle nur in großen Zeitabständen durchgeführt werden und die Erfahrungsträger oft nicht mehr im Unternehmen tätig sind. So verfolgte auch RWE bei der Demontage eines Transformators das Ziel, Expertenwissen am virtuellen Modell zu dokumentieren und für die zukünftigen Mitarbeiter zur Verfügung zu stellen.

„Anhand von Ablaufbeschreibungen

haben wir ein 3D-Modell erstellt und die Arbeitsschritte zur Demontage detailliert visualisiert“, erinnert sich Tina Haase, stellvertretende Leiterin des Geschäftsfeldes Virtuell Interaktives Training. „Das brachte gleich mehrere Vorteile. Wir konnten am virtuellen Modell Abläufe und Zusammenhänge deutlich machen, die in der Realität verborgen bleiben und somit nur schwer nachvollziehbar sind. Der Abstimmungsprozess mit den Experten war deutlich vereinfacht, weil alle Beteiligten das gleiche Bild vor Augen hatten. Das ist ganz anders als früher, wo anhand von Zeichnungen und langen verbalen Beschreibungen diskutiert wurde. In der Arbeitsvorbereitung können jetzt alle Beteiligten gemeinsam die Instandhaltungsmaßnahme am virtuellen Modell planen. Das spart Zeit. Bei der nächsten Wartungsmaßnahme dieser Art können die Mitarbeiter nun auf dokumentierte Erfahrungen am virtuellen Modell zurückgreifen.“

„ElbeDom“ des VDTC: Platz für die virtuelle Darstellung ganzer Industrieanlagen auf 300 m2-Leinwand im 360°-Panorama.

Eine solche Erfahrungsübertragung ist ein Aspekt, der für die Anwendung der virtuellen Realität immer mehr an Bedeutung gewinnt. Inzwischen werden diese Techniken verstärkt in der Aus- und Weiterbildung genutzt. Das bietet zahlreiche Vorteile. So sind etwa Gefährdungen ausgeschlossen, wie sie an realen elektrischen Anlagen oder technischen Ausrüstungen durchaus auftreten können. Gleichzeitig aber führen – getreu der Clark‘schen magischen Regel – die Auszubildenden die jeweiligen Arbeiten in der virtuellen Welt genau so durch wie in der realen.

RWE und Alstom beispielsweise qualifizieren ihre Monteure an virtuellen Modellen von Hochspannungsleistungsschaltern aus dem Fraunhofer IFF. Das didaktische Prinzip hinter den virtuell-interaktiven Trainingswelten geht davon aus, dass berufliches Lernen über Handlungen erfolgt. Der Monteur soll kein isoliertes Fachwissen ansammeln, sondern Arbeitsprozesse sicher beherrschen. Das erforderliche Können wird in direkter Abarbeitung von Arbeitsaufträgen erworben – real in der virtuellen Welt. Nur reale Stromschläge drohen hier nicht.

Digital Engineering wird auch für die Instandhaltung wichtig

Das Magdeburger Fraunhofer-Institut feiert in diesem Jahr seinen 20. Geburtstag, ist also erst halb so alt wie das Fachmagazin „Instandhaltung“. In dieser relativ kurzen Zeit gewannen jedoch Aspekte des Digital Engineering, wie sie im IFF bearbeitet werden, zunehmend an Bedeutung auch für unseren Bereich. Der Blick in die Zukunft zeigt zudem, dass diese Querverbindungen sich sehr schnell weiter entwickeln werden.

Virtuelles Modell: Dreidimensionale Abbildung eines 220 m langen und 94 m hohen Baggers im Maßstab 1:1.

Zwar ist die durchgängige „Digitale Fabrik“ heute noch Zukunftsmusik, aber Techniken der digitalen Modellierung und Simulation werden bereits in der Industrie in großem Umfang genutzt. „Das ist ein Weg, den wir unbedingt weiter gehen müssen und werden“, schätzt Dr. Schumann ein. „Die heutige Produktion in Europa birgt in dieser Hinsicht noch sehr viele Potenziale. Wenn wir aber global wettbewerbsfähig bleiben wollen, müssen wir den Fokus noch stärker auf das intelligente Produzieren an unseren regionalen Standorten lenken. Was heißt das? Wir brauchen Anlagen, die nach ganz neuen Prinzipen und Methoden aufgebaut sind und arbeiten. Das ist der Grundgedanke der „Industrie 4.0“.

In dieses auf den gesamten Lebenszyklus eines Produktes und der dazu notwendigen Produktionsanlagen gerichtete Konzept ordnet sich auch die Instandhaltung ein. Das heißt, Digital Engineering wird auch hier zu einer ganz wichtigen Aufgabe – sowohl real, als auch virtuell.

Kontakt:
Fraunhofer IFF
Tel.: 0391 4090158
Email: maresch@iff.fraunhofer.de
www.iff.fraunhofer.de