Virtual Reality im Maschinen- und Anlagenbau

Kunden möchten ein Produkt immer gerne in natura begutachten, bevor sie es kaufen. Das gilt für hochwertige Konsumgüter wie Autos oder Fernseher, aber auch in ganz besonderem Maße für hochwertige Investitionsgüter wie Maschinen und Anlagen. Schwierig wird es, wenn die entsprechenden Güter Einzelstücke sind und die richtige Variante nicht zur Vorführung zur Verfügung steht.

Der schwedische Maschinenhersteller AP&T Tranemo behilft sich mit der Virtual-Reality-Lösung IC.IDO der ESI Group, um Kunden einen realitätsnahen Eindruck der geplanten Anlage zu vermitteln, bevor sie gebaut wird. Große Maschinen und gerade Fertigungsanlagen sind oftmals individuell konfigurierte Lösungen. Ingenieure des Kunden sind oft schon frühzeitig in den Entwicklungsprozess involviert, um sicherzustellen, dass Konfiguration und Detaillösung die Kundenanforderungen erfüllen und um entsprechende Lösungen mit den Entwicklern im Vorfeld zu diskutieren.

Nur in seltenen Fällen kann dabei allerdings auf Prototypen oder Muster zurückgegriffen werden. Ein solcher Aufwand wäre angesichts der zu investierenden Zeit und Kosten, aber auch aufgrund der Dimensionen solcher Anlagen kaum vertretbar. Was bleibt, ist das intensive Studium der Konstruktionszeichnungen oder der aus den Konstruktionsdaten generierten 3D-CAD-Modelle. Häufig kommt es dabei allerdings zu Interpretationsfehlern und Kommunikationsproblemen zwischen den beteiligten Abteilungen oder auch zwischen Entwicklung und Kunden. So schleichen sich Fehler ein, die erst nach Montage und Inbetriebnahme festgestellt werden und Zeitverzögerungen ebenso wie Kosten verursachen.

VR-System ersetzt Prototypen

Auch beim schwedischen Maschinenhersteller AP&T erschwerte das Fehlen physischer Prototypen das Arbeiten. Neben entwicklungsspezifischen Aspekten wurde auch in Vertrieb, Marketing und Service die Möglichkeit vermisst, schnell und mit wenig Aufwand auf Funktionsmodule und komplette Anlagen zugreifen zu können. AP&T entwickelt, produziert und vermarktet Automationsanlagen, Pressen, Werkzeuge und komplette Fertigungslinien für die Metallumformung. Dabei liefert der Maschinenhersteller Komplettlösungen für Kunden aus unterschiedlichen Industriebranchen; für Fahrzeughersteller und -zulieferer sowie Hersteller von Weißwaren und Klimaanlagen. Durch die Brille des Marketings wäre ein schneller Zugriff auf Struktur und Funktion kundenspezifischer Fertigungsanlagen wünschenswert, was jedoch auf Basis realer physischer Baukomponenten nur ein Wunschtraum bleiben kann.

Geringen Aufwand erzeugt dagegen moderne IT in Form von Virtual Reality (VR). Seit Oktober 2012 setzt AP&T deshalb auf IC.IDO. Dieses VR-System ist modular aufgebaut und bietet maßgeschneiderte Lösungen für den gesamten Produktlebenszyklus. Durch den Einsatz von IC.IDO weitet das Unternehmen jetzt eine bereits seit mehreren Jahren bestehende Kooperation im Bereich der Umformsimulation mit Pam-Stamp aus, wodurch sich künftig auch Synergieeffekte für die VR-Nutzung ergeben sollen. Erstmals besteht die Möglichkeit, Kunden und Interessenten bereits in der Planung die speziell für ihre Zwecke konfigurierte komplette Fertigungsanlage realitätsnah erlebbar zu machen.

Pilotprojekt mit Mietsystem

Der Maschinenbauer startete im Oktober 2012 mit einem Pilotprojekt für die Euro­blech 2012 mit der VR-Nutzung. Dieses Projekt wurde noch mit einem Mietsystem realisiert. Dessen Erfolg führte dazu, dass man sich zum Kauf einer eigenen Anlage entschied. Seit Februar 2013 in Betrieb, pflegen zwei Mitarbeiter das System. Zu ihren Aufgaben gehört, die Daten aus den CAD-Systemen Catia und SolidWorks in das VR-System zu transferieren und aufzubereiten. Heute ist man soweit, dass die komplette Anlage mit all ihren Bewegungs- und Funktionsabläufen dargestellt werden kann. Um auch den Ablauf der Umformsimulation, die heute noch statisch dargestellt wird, dynamisch zu visualisieren, ist zusätzlicher Aufwand nötig. Insgesamt wird für den Aufbau einer kompletten Simulation je nach Detaillierungsgrad eine Vorbereitungszeit von fünf bis zehn Tagen geschätzt.

Virtual Reality bietet die Möglichkeit, auf Basis dreidimensionaler Konstruktionsdaten Problemstellungen im 3D-Raum für alle sichtbar und erfahrbar zu machen. Interdisziplinär und in Echtzeit erörtern beteiligte Ingenieure und Manager Lösungen. Besonders interessant ist dabei die Möglichkeit, auch reale physische Bauteile in die 3D-Umgebung zu integrieren, um beispielsweise Kollisionsbetrachtungen oder Einbauuntersuchungen durchzuführen. Der 3D-Effekt wird dabei durch sogenannte Shutterbrillen erzeugt, die aus zwei im Wechsel mit 120 Hertz übereinander projizierten Bildern (links und rechts) durch wechselseitiges Öffnen und Schließen des linken und rechten Glases eine für das Auge räumliche Darstellung erzeugen. Für die Interaktion zwischen Anwender und 3D-Modell sind Tracking-Systeme notwendig, die aus Emitter, Kameras und Targets bestehen. Sie dienen der Navigation im 3D-Raum sowie der perspektivischen 1:1-Darstellung und ermöglichen es, Geometrien interaktiv im virtuellen Raum zu bewegen.

3D-Daten in Cave oder Powerwall

Die Hardware-Lösungen für VR reichen von fest installierten Lösungen mit einer „Cave“ oder einer „Powerwall“ bis hin zu portablen Systemen, die sich schnell in nahezu jeder Umgebung installieren lassen. Bei der Cave werden 3D-Daten auf die Wände eines würfelförmigen Raumes projiziert, in dem der Anwender steht und mit seiner 3D-Umgebung interagieren kann. Bei der Powerwall erfolgt die Projektion hingegen auf eine einzelne Wand, vor der der Anwender frontal steht und mit der virtuellen Umgebung interagiert. Auch wenn eine Cave natürlich den besten räumlichen Eindruck vermittelt, sind die mit Powerwalls erzielbaren Resultate, die auch bei den portablen Lösungen zum Einsatz kommen, verblüffend.

Derzeit nutzt AP&T die VR-Technik „lediglich“ auf Messen und Seminaren, um im Detail zu veranschaulichen, wie der Presshärteprozess funktioniert und wie in Teilbereichen optimiert werden kann. Längst hat man jedoch erkannt, dass die VR-Technologie weit mehr Möglichkeiten bietet. Per Josefsson, weltweiter Vertriebs- und Servicechef bei AP&T, erklärt: „Die Möglichkeiten der detaillierten Simulation sind beeindruckend. Selbstverständlich ist für diese Technik auch in anderen Bereichen ein großes Potenzial vorhanden. So können beispielsweise Bediener und Einrichter vor der Inbetriebnahme einer neuen Produktionsanlage daran ausgebildet werden. Ein weiteres Beispiel ist die Schulung von Servicepersonal. Wir möchten diesen Einsatzbereich gern zusammen mit unseren Kunden ausbauen.“

Mit VR-Lösung Verständnis schaffen

Durch die VR-Technik lässt sich ein besseres und einheitliches Verständnis der Lösungen erreichen und für Aufgaben im gesamten Produktlebenszyklus der Anlagen nutzen. Darüber hinaus ist die VR-Technik ein ideales Werkzeug für eine verbesserte interdisziplinäre und unternehmensübergreifende Kommunikation. Der modulare Aufbau der IC.IDO-Software unterstützt dies in besonderer Weise. Je nach Aufgabenstellung werden die benötigten Module zu einer individuellen Lösung konfiguriert, die jederzeit problemlos erweitert werden kann. Der Maschinenbauer AP&T sieht enorme Möglichkeiten, die VR bietet.

Auch das Feedback von Kunden, die erstmals mit der neuen Technik konfrontiert wurden, ist positiv. Es ist daher geplant, das VR-System in weiteren Unternehmensbereichen einzusetzen. Die nächsten Schritte sollen der Einsatz für interne Schulungen des Servicepersonals und in Entwicklung und Konstruktion sein. Mit Unterstützung durch ESI arbeitet man zudem daran, weitere Einsatzbereiche zu identifizieren. Eine dieser Möglichkeiten wäre beispielsweise, die im Hause eingesetzte Simulation von Umformvorgängen mit Pam-Stamp mit IC.IDO zu koppeln. Betrachter könnten so in der (virtuellen) Realität den simulierten Umformvorgang in der Anlage mit den entsprechenden Maschinen- und Umformparametern betrachten, analysieren und optimieren.

Autoren

Dr. Martin Skrikerud ist Vice Chief Technical Officer bei AP&T in Tranemo (Schweden). Julian Hermle ist Teamleiter Virtual Reality Consul- ting & Services bei ESI in Stuttgart.