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Mit Gaming und VR zum DIGITAL TWIN


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CIO - epaper ⋅ Ausgabe 5/2022 vom 15.04.2022
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Lesewert

– Wie eine Gaming Engine beim Erstellen digitaler Zwillinge hilft

– Was der Spieleentwickler Unity mit der Schwerindustrie zu tun hat

– Wo klassische CAD-Systeme an ihre Grenzen stoßen

– Wie der Anlagenbauer SMS Group VR-Brillen wie Oculus Rift oder HTC Vive Pro einsetzt

Sie raucht. Sie staubt. Sie stinkt. Sie glüht. Einfach nichts, was eine Anlage der SMS Group darf, sollte eine Spielekonsole auch dürfen. Trotzdem nutzen beide die gleiche Software. In den Schmiedegeräten und Walzwerken der Düsseldorfer Anlagenbauer steckt immer auch eine „Game-Engine“ – betankt von Menschen, die ganz anders aussehen als Arbeitende in der Schwerindustrie.

Bernhard Steenken trägt Blaumann – im weitesten Sinne. Der dunkelblaue Anzug des Leiters der Geschäftseinheit SMS Digital schützt nicht wirklich gegen Funkenflug. Muss er aber auch nicht. Steenken baut „digitale Zwillinge“ zu den tonnenschweren Geräten, ...

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... die SMS weltweit an die Metallindustrie verkauft: Walzwerke, Schmiedeanlagen, Konverter – alle bilden Steenken und seine mehr als 400 Kollegen von SMS Digital mit Spielesoftware nach. Oder vor, je nach Sichtweise. „Wir machen aber nicht nur Visualisierung, wir gehen viel weiter“, sagt Steenken: „Prediction und Prevention – das ist für mich der Teil, wo Digitalisierung wirklich spannend wird.“ Doch zunächst zur Visualisierung: Glühende Brammen kriechen krachend und dampfend auf wehrlose Menschen zu. Helden in silbrigem Hitzeschutz treten ihnen mit speerartigen Stangen entgegen. Kräne schwenken drohend ihre Arme, Drehtürme eilen durch finstere Hallen zu Hilfe. Wo genau steckt der Unterschied zwischen Mordor und der Arbeit am Hochofen? Visuell liegen Fantasy-Welten à la Herr der Ringe und die Realität in Duisburg oder Witten nah beieinander. Beide lassen sich mit einer Game-Engine abbilden, wie etwa der von Unity, einem Anbieter aus San Francisco.

Unity ist in der Spieleszene weit verbreitet. Nach Firmenangaben laufen mit Unity gebaute Spiele auf 1,5 Milliarden Geräten weltweit. Entwickler nutzen die Engine besonders gern beim Bau von Smartphone-Spielen. „Pokémon Go“ und „Call of Duty Mobile“ sind so entstanden. In jedem zweiten mobilen Spiel steckt angeblich Unity. Auf Plattformen für Virtual Reality (VR) oder Augmented Reality (AR) sollen es sogar 90 Prozent sein. Und jeden Tag kämen 15.000 neue Projekte dazu, jubelt die Unity-PR. Zweifelsfrei gehört die Software zu einer der erfolgreichsten der Spielewelt. Auch Filmemacher und Autobauer haben die Game-Engine für sich entdeckt. Jetzt eben auch die Schwerindustrie.

„Wenn ich die Kinematik abbilden will“, sagt Steenken, „wenn ich Bewegung zeigen will, dann kann ein klassisches System das so nicht.“ Mit klassischen Systemen meint er Computer Aided Design (CAD), wie es die 3.400 Konstrukteure bei SMS nutzen. Diese planen in Autocad oder Creo, welche Schraube mit welchem Drehmoment an welcher Stelle angezogen werden muss. Diese Schräubchen lassen sich dann in feinster Auflösung aus jedem Blickwinkel anzeigen. Dabei hat sich die Optik in den vergangenen Jahren dramatisch verbessert – nur: „Für die Simulation brauchen wir diese Detailtiefe gar nicht“, sagt Steenken, „für die Oberfläche sind andere Dinge wichtig. Daher müssen wir simplifizieren, um die Performance zu realisieren.“ 

„Prediction und Prevention – das ist für mich der Teil, wo Digitalisierung wirklich spannend wird.“

„Um unser Equipment zu testen und prädiktiv Parameter einzustellen, erstellen wir digitale Zwillinge für jeden Anlagentyp.“

Beispiel: Bei der Herstellung von Stahlband müssen die Walzen von Zeit zu Zeit gewechselt werden. Wie fährt ein Kran mit einer Walze durch das Werk, ohne Drehtürme und andere Anlagen bei der Arbeit zu stören? Die Aufgabe kommt der ziemlich nahe, einen Hobbit an Schwerter-schwingenden Orks vorbeizusteuern. Ob der Ork dabei auch in echt funktionieren würde, spielt keine Rolle. Er soll im Spiel nur so im Weg stehen, wie im Werk ein Drehturm im Weg stehen würde. „Eine Game-Engine lädt dabei nur die Daten in den Arbeitsspeicher, die für die Bewegung und Simulation wichtig sind. Die meisten Parameter sind dabei schon hinterlegt“, erklärt Steenken, „ein CAD-System würde alles berechnen.“

Oculus-Rift-Brillen im Anlagenbau

Das alles schaut super aus auf einer Virtual-Reality-Brille wie der Oculus Rift. SMS-Mitarbeiter nutzen den Bestseller aus dem Facebook-Imperium beim Testen und bei der Schulung von Kunden, lange bevor sie eine Anlage bauen. Für Projektierung und Abwicklung kommen aber auch andere VR-Brillen wie die HTC Vive Pro oder die HP Reverb G2 zum Einsatz. Auf den realen Anlagen – also dort, wo die Brillen Augmented Reality zeigen – sieht das etwas anders aus. Das Sichtfeld darf zur Sicherheit der Mitarbeiter nicht dauerhaft von einer AR-Brille beeinflusst werden. „Deswegen haben wir einen kleinen Monitor, der am Helm seitlich befestigt ist und weggeklappt werden kann“, sagt Steenken. Gemeint ist das Head Mounted Tablet „HMT-1“ von Realwear.

Die Simulationstechnik hat SMS gut durch die Krise gebracht. Kaputte Maschinen lassen sich mit Virtual Reality leichter reparieren, wenn der Experte nicht vor Ort sein kann. Amerikaner, Inder und Deutsche stehen jetzt gemeinsam im digitalen Zwilling anstatt in langen Schlangen an der Immigration und vor Corona-Testcentern. Lieblings-Vorzeigekunde ist den SMSlern dabei Big River Steel. „Das ist eines der profitabelsten, wenn nicht das profitabelste Stahlwerk der Welt“, sagt Steenken. Die United States Steel Corporation (an der New York Stock Exchange mit „X“ gelistet) hat das Werk deswegen Anfang 2021 für 774 Millionen Dollar gekauft.

Big River Steel stellt sich auf seiner Website zunächst so vor: „Im Kern sind wir ein Technology-Unternehmen. Zufällig machen wir Stahl.“ Danach dreschen die Stahlkocher aus Arkansas im Promo-Video alle Klischees, die ihre Branche – und der Mittlere Westen – zu bieten haben: Ein kräftiger Mann in schwarzer Jeans, mit schwarzer Lederjacke und Wehrmachtshelm rollt auf das neue Werk zu. Seine Harley wirbelt so viel Staub wie möglich auf, während sie über die Schotterpiste lärmt. Dazu das Motto: „Wir haben Rebellen gesucht. Rebellen, die groß werden wollten.“

Drinnen im Werk dann ganz andere Bilder: Männer – fast nur Männer – sitzen auf Bürostühlen vor Bildschirmen oder hinter AR-Brillen. Im Hintergrund laufen saubere Anlagen mit BRS- und SMS-Logo. 300 neue Jobs hat Big River Steel gerade im Mississippi County geschaffen. Auf dem Gruppenbild der Mitarbeiter sind keine Rebellen mehr zu erkennen. Alle sehen eher so aus wie Steenken: Wenn überhaupt, tragen sie blaue Schutzhelme statt schwarzer Wehrmachtshelme. Kurzum: Keine Kollegen, die nur Eisen flach walzen. Denn das fragt bei Big River Steel und somit bei SMS kaum noch jemand nach.

SMS-Group | 150 Jahre Stahl, 5 Jahre digital

1871 fing in einer Schmiede im siegerländischen Hilchenbach alles an: Die Siegener Maschinenbau (Siemag) firmierte mit den Jahren mehrfach um. Sie hat etliche Unternehmen akquiriert, darunter den metallurgischen Anlagenbau von Mannesmann (Demag). Sie blieb stets dieser Sparte treu. Heute beschäftigt das Unternehmen rund 14.000 Mitarbeitende, die 2,7 Milliarden Euro Umsatz erwirtschaften.

Blech kann jeder. Also suchen Stahlkocher weltweit nach Nischen, in denen sie mit speziellen Produkten ihr Geld verdienen können. „Advanced High Strength Steel“ heißt zum Beispiel ein Stahl, den Big River Steel der Autoindustrie anbietet. Wie Gourmetköche preisen die Jungs aus dem Mittleren Westen ihr heiß gewalztes Eisen an: „Hot rolled, pickled and oiled!“ Klar, dass solche Küchenchefs nicht einfach Stahl platt klopfen wie andere Schnitzel. Und dass sie die passenden Werkzeuge dafür brauchen.

Prediction and Prevention

Jetzt kommt Steenkens Lieblingsthema ins Spiel: „Prediction and Prevention“. Kriecht die Bramme aus dem Hochofen, lassen sich bereits Muster erkennen, welche Güte das heiße Eisen mit sich bringt – und welche Fehler. Genau diese würden die Kunden gern kennen, bevor sie den Stahl weiterverarbeiten. „Deshalb entwickeln wir eigene Werkzeuge für den gesamten Herstellungsund Verarbeitungsprozess“, sagt Steenken: „Über Algorithmen können wir Anomalien in der Produktion vorhersagen.“ Noch wichtiger als diese „Prediction“ sei dann aber die „Prevention“ – also Fehler in der Verarbeitung zu vermeiden. „Da wollen wir hin: Wir wollen nicht nur Data-Analysten sein“, sagt Steenken. Mit Python ließe sich alles Mögliche analysieren: „Aber spannend wird es dann, wenn wir den Operators auch Werkzeuge für die Weiterverarbeitung an die Hand geben.“

Seit 2016 gibt es SMS digital. „Wir kümmern uns um die Digitalisierung“, erklärt Steenken, der die Grundlage dafür im Engineering sieht, wo der digitale Zwilling entsteht. Ab da wächst er bei jeder Veränderung oder Erweiterung der realen Anlage mit – andernfalls sei er eben irgendwann kein Zwilling mehr. Die Berührungspunkte zur Business Unit „Elektrik und Automation“ mit ihren 1.000 Mitarbeitenden seien dabei groß. Die Berührungspunkte zur SMS-IT hingegen nicht: „Wir kümmern uns nicht um S4/HANA oder Ähnliches“, erklärt Steenken: „Intern trennen wir zwischen OT und IT. Gegenüber den Kunden machen wir das nicht.“

OTler und ITler bei SMS eint dann wieder, dass sie guten Nachwuchs suchen. Bereits vor 16 Jahren ist die SMS eine Kooperation mit der RWTH Aachen eingegangen, um VR-Technik zu entwickeln. Inzwischen sind weltweite VR-Verbindungen zu weiteren Universitäten hinzugekommen. „Da werden jede Menge Talente generiert“, sagt Steenken. Aber es reiche eben immer noch nicht für die vielen neuen Aufgaben. Wer weiß schon, wie sich 3D-Modelle aus einem CAD-System in eine Game-Engine überführen lassen? Der Leiter von SMS Digital hat eine neue Quelle gefunden, um gute Leute zu finden: „Wir waren Aussteller auf der Gamescom. Wir haben auch Mitarbeiter dort gewonnen“, lobt Steenken die weltweit größte Messe für Computer- und Videospiele.

SMS-Group | Gamification für Unternehmer

Mitarbeiter finden, schulen, motivieren und Prozesse effizienter machen – um diese Themen geht es bei der Veranstaltung „112Gamer“ am 24. Juni 2022 im Düsseldorfer „Fusion Campus – German Center of Games Competence“. Katja Windt, Vorstand und CDO des Anlagenbauers SMS-Group, berichtet dabei über den Nutzen von Game-Engines beim Erstellen von digitalen Zwillingen: „Wir treten an, um die Metallbranche grün zu machen. Um unser Equipment zu testen und prädiktiv Parameter einzustellen, erstellen wir digitale Zwillinge für jeden Anlagentyp“, so die Managerin. „Vor dem Bau der eigentlichen Anlage ist es so möglich, mit Kunden und Kollegen im virtuellen Raum unterschiedliche Szenarien zu besprechen.“

Für das SMS-Digital-Team sei es gelungen, neben zahlreichen Data Scientists und Data Engineers auch Gamer einzustellen, die für das Unternehmen die digitalen Zwillinge erstellen. Windt: „Dieser Perspektiven- und Kompetenzmix führt zu neuen kreativen Lösungen unserer herausfordernden Problemstellungen in der Werkstoffindustrie.“

Mehr zur Veranstaltung unter www.112Gamer.de

IT-Talente finden auf der Gamescon

2019 pilgerten letztmalig 373.000 Besucher zur Gamescom nach Köln. 2020 fiel aus. 2021 behalfen sich die Veranstalter virtuell. 2022 sollen vom 24. bis zum 28. August nun wieder echte Besucher kommen – hoffentlich. Den Unternehmen aus der Schwerindustrie wäre es zu wünschen, denn Gamer können auch gute Programmierer sein. Und sie seien ausgesprochen affin für Anlagen, die bei 1.500 Grad Celsius flüssigen Stahl verarbeiten oder Draht mit einer Geschwindigkeit von 450 Stundenkilometern walzen – schneller als jeder Formel- 1-Rennwagen.

„Wenn sie an realen Produkten arbeiten können, das beflügelt sie“, meint Steenken. Fünf der 280 Entwicklerinnen und Entwickler bei SMS Digital stammten aus der Spieler-Szene, sagt er: „Die haben einen ziemlichen großen Impact auf unser Geschäft: Bei SMS wird keine große Anlage mehr ohne digitalen Zwilling erstellt.“

Horst Ellermann [redaktion@cio.de]

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