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Virtuelle Realität und Simulation: Eine spannende Verbindung


Autocad & Inventor Magazin - epaper ⋅ Ausgabe 8/2020 vom 17.11.2020

Die Digitalisierung der Produktionsprozesse ist aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Um ihre Marktposition sichern zu können, müssen Unternehmen ihre jeweiligen Prozesse entsprechend anpassen. Dabei geht es vor allem darum, flexibel und schnell zu reagieren, Kosten einzusparen und die Time-to-market drastisch zu verkürzen. Mit Simulation und Virtual Reality ist das möglich.


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Bildquelle: Autocad & Inventor Magazin, Ausgabe 8/2020

Kunden erwarten Produkte in höchster Qualität. Und die können produzierende Unternehmen heutzutage nur liefern, indem sie alle ihnen zur Verfügung stehenden Technologien wie beispielsweise Simulation, virtuelle Inbetriebnahme ...

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... oder auch die virtuelle Realität als festen Bestandteil in ihre Prozesse integrieren.

Simulation als Basis

Die Lösung iPhysics ermöglicht die physikbasierte Simulation von Maschinen, Anlagen oder ganzer Fabriken basierend auf realen CAD- und Steuerungsdaten. Mit dem Vorwegschalten dieser Simulationssoftware können sowohl statische als auch dynamische Betrachtungen durchgeführt werden. Die Simulationssoftware steht dabei als Middleware im Zentrum und fungiert als eine bereichsübergreifende Plattform, auf der zu jedem Zeitpunkt der aktuelle Entwicklungsstand verifiziert und auf Realisierbarkeit mit weiteren Bereichen überprüft wird. Alle generierte CAD-Daten werden bidirektional in und aus der Simulationssoftware übermittelt. So greifen die Fachbereiche Mechanik, Elektrik und Software zeitgleich auf dieselben Modelle zurück, die sie jeweils in ihrer nativen Entwicklungsumgebung bearbeiten, gemeinsam weiterentwickeln und mittels der Simulation sofort im Zusammenspiel testen. Durch diese kontinuierliche virtuelle Inbetriebnahme lässt sich letztlich der Aufwand gegenüber der üblicherweise finalen Inbetriebnahme deutlich reduzieren – sowohl zeitlich als auch kostentechnisch.

Mit der neuen Entwicklungsumgebung aus 3D-CAD-System und Simulation mit iPhysics kann auch eine virtuelle Inbetriebnahme entwicklungsprozessbegleitend als ständiger Prozess gelebt werden. Das Resultat: die Passung stimmt zu jedem Zeitpunkt in der Entwicklung und nichts läuft auseinander.

Alles muss zu jedem Zeitpunkt an der Funktionsfähigkeit gemessen werden. Dabei übernimmt die Simulation eine komplett neue Rolle in der Anlagenentwicklung: Weg von einer Überprüfung entlang einer Sackgasse zum Ergebnis hin zu einem Medium, das die unterschiedlichen Komponenten einer Maschine in einem artikulierbaren digitalen Prototyp zusammenführt.

Durch die bidirektionale CAD-Datenübertragung stehen immer die aktuellsten Daten sowohl im CAD-Programm als auch in der Simulation zur Verfügung. Für den reibungslosen Aufbau des Produktionsprozesses und die Herstellung neuer Maschinen ist die Produktionsplanung ein entscheidender Erfolgsfaktor. Wenn wir davon ausgehen, dass alle Prozesse wie auch die Maschinen immer komplexer werden, sind neue Technologien notwendig, die diese Komplexität abbilden. AR und VR können hier unterstützen. Der Einsatz erleichtert schon zu Beginn der Planung die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Fachabteilungen. Daten werden visualisiert, flexibel betrachtet, sowie diskutiert und bewertet. Dabei steht die ortsunabhängige Kollaboration der Fachabteilungen in der virtuellen Welt im Vordergrund. Das neue Kollaborationswerkzeug soll eine abteilungs-, bereichs- und werksübergreifende Zusammenarbeit gewährleisten, ohne dass der Aufbau einer entsprechenden Kompetenz zur Anwendung der IT-Systeme des anderen Fachbereiches notwendig ist.

Mit einer Simulationssoftware wie iPhysics angebunden an VR oder AR kann der Mitarbeiter nun alle Möglichkeiten am virtuellen Modell ausprobieren.


Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für VR und AR-Systeme

Arbeitsplatzgestaltung: Die optimale Gestaltung der Arbeitsplätze und -abläufe sowie deren ganzheitliche Einordnung im Arbeitssystem sind die Grundlage effizienten Arbeitens. Eine Simulation in Kombination mit VR und AR kann sehr hilfreich sein, Prozesse, Maschinen und Ergonomie der Arbeitsstationen im Vorfeld zu untersuchen, so dass ein reibungsloses Arbeiten jederzeit möglich ist und die langfristige Gesundheit des Mitarbeiters sicherstellt.
Schulungen: Bei neuen Mitarbeitern ist es besonders wichtig, dass dieser optimal auf seine Aufgabe vorbereitet wird, um mit den doch oftmals komplexen und individuellen Anlagen zu arbeiten. Er muss wissen, wie die Anlage funktioniert, aber auch, wie diese bei Änderungen im Ablauf oder im Störfall schnellstmöglich zu reparieren ist. Dies an einer realen laufenden Anlage zu testen, würde Ausfallzeiten und eventuell sogar Schäden an der Maschine bedeuten. Mit einer Simulationssoftware wie iPhysics angebunden an VR oder AR kann der Mitarbeiter nun alle Möglichkeiten am virtuellen Modell ausprobieren: Ändern, optimieren, verschiedene Szenarien testen – und das alles völlig ohne Risiko.
Fertigungsprozess: Der Einsatz von Simulationssoftware mit VR und AR während des Fertigungsprozesses hat sich bereits in vielen Unternehmen bewährt. Jeder einzelne Schritt kann mithilfe der Simulationssoftware abgesichert werden. Auch wenn dies bereits während der Planung geschehen war, ist es für das gesamte Team ein enormer Sicherheitsgewinn, die Maschine unmittelbar vor der Fertigung nochmals virtuell in Betrieb zu nehmen. So drohen keine negativen Überraschungen. Liegen die Maschinen als Simulationsmodell vor, kann sogar der Prozess im Zusammenspiel mit der neuen Anlage visualisiert und virtuelle zum Laufen gebracht werden.
Laufender Produktionsprozess: Wenn eine Anlage erst einmal in Betrieb genommen ist, steht die Simulationstechnologie den Verantwortlichen auch weiterhin zur Seite. Die Überwachung und Absicherung des laufenden Betriebs wird durch die auf Echtzeitdaten basierende Simulation deutlich vereinfacht. Doch auch in diesem Schritt bietet es sich immer wieder an, VR oder AR-Brillen heranzuziehen. In Kombination mit dem digitalen Zwilling bieten VR und AR weitere entscheidende Vorteile. Vor allem bei den Themen Support und Wartung besteht die Möglichkeit, Wartungsmaßnahmen auf den tatsächlichen Zustand der Anlage abzustimmen und statt einer vorbeugenden, präventiven Wartung auf eine zustandsorientierte, prädiktive Wartung umzustellen.
Service und Wartung: Predictive Maintenance, oder auch vorausschauende Wartung genannt, ist das Abrufen von Wartungsinformationen auf Basis von realen Maschinen- und Produktionsdaten mit dem Ziel, Maschinen und Anlagen proaktiv zu warten, bevor es zu Stillständen kommt. Wer es schafft, drohende Maschinenausfälle vorherzusagen und entsprechend vorzubeugen, spart sich erhebliche Ausfallkosten. Auch hier können besonders ARBrillen gewinnbringend zum Einsatz kommen. Liegt ein statisches oder dynamisches Modell der Anlage vor, können Zusatzinformationen für die Anlage, der auszutauschenden Komponenten oder Bauteile eingeblendet werden. Durch diese detaillierte Vorgehensweise ist der Service-Mitarbeiter vor Ort in der Lage, betroffene Maschinenteile unter Anleitung auszutauschen. Diese Vorgehensweise ist ebenfalls im Bereich der Fernwartung mit Zustands-visualisierung, auch bekannt unter Remote Maintenance, eine gängige Vorgehensweise. Kommt es zum Stillstand einer Maschine, kontaktiert der verantwortliche Mitarbeiter vor Ort den Kundensupport. Mittels AR kann sich der Support remote auf die Brille schalten und den Mitarbeiter vor Ort bei der Fehlerbehebung anleiten. Durch den Einsatz eines digitalen Zwillings können die letzten Zyklen virtuell nachgestellt werden, um so die Fehlerursache zu analysieren.

IPhysics-App

Machineering gibt mit der iPhysics-App jedem Nutzer die Möglichkeit, seine Modelle in Augmented Reality zu nutzen. Ziel ist es, eigene Maschinenmodelle über AR zu visualisieren und mit dieser App einzelne Entwicklungsstände den Kollegen und auch Kunden an anderen Standorten zur Verfügung zu stellen. Durch die App sind schnell eindrucksvolle Vertriebspräsentation mit nur wenigen Mitteln umsetzbar. Neben dem Smartphone oder dem Tablet ist keine Zusatzhardware wie beispielsweise die AR-Brille HoloLens oder auch VRBrillen mehr notwendig. Mithilfe der neuen Anwendung sollen in naher Zukunft auch Einblendungen der Simulationsmodelle in bestehende Produktionsumgebungen einfach umsetzbar sein.

Mit der iPhysics App sind schnell eindrucksvolle Vertriebspräsentation umsetzbar. Neben dem Smartphone oder dem Tablet ist keine Zusatzhardware mehr notwendig.


Fazit

VR- und AR-Systeme sind eine sehr gute Ergänzung zu herkömmlichen Technologien im Produktionsumfeld. Durch die Simulationstechnologie profitieren Unternehmen bereits entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Schneller, besser, kostengünstiger und qualitativ hochwertig – so treten die Hersteller auf. Und die Kunden wissen dies zu schätzen. Die virtuelle Inbetriebnahme, das virtuelle Pendant in Form des digitalen Zwillings und die damit mögliche reibungslose reale Inbetriebnahme und der laufende Betrieb bieten unzählige Möglichkeiten. Mit den VR+AR-Brillen wird eine weitere Option in den gesamten Prozess hinzugefügt. Die Brillen bieten einen echten Mehrwert für verschiedene Anforderungen. (anm)


Alle Bilder: Machineering