Fertigung XR-Hardware: Produktionsplanung in der Automobilindustrie

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Automobilunternehmen sehen sich ständig mit komplexen Herausforderungen konfrontiert und arbeiten daran, Bereiche wie die Produktionsplanung so nachhaltig und effizient wie möglich zu gestalten. Immersive Technologien wie Virtual Reality (VR) und Mixed Reality (MR) in Verbindung mit dem Einsatz Digitaler Zwillinge und XR-Hardware haben dabei noch mehr Möglichkeiten eröffnet, effizientere, genauere und sicherere Fertigungsprozesse einzuführen.

Digitale Zwillinge sind virtuelle 3D-Modelle eines physischen Objekts oder Systems, die dessen Eigenschaften, Prozesse und Verhalten in Echtzeit virtuell simulieren. In der Automobilproduktion können sie dazu verwendet werden, nahezu jeden Berührungspunkt in einem Produktionsablauf zu optimieren – von der Planung des Fabriklayouts bis hin zur Vorhersage von Wartungsanforderungen – und Konstruktion und Entwicklung neuer Fahrzeugmodelle effizienter und kostengünstiger gestalten. 

Kürzere Produktionszyklen, niedrigere Kosten und höhere Anpassungsfähigkeit an Marktveränderungen lassen sich mit digitalen Zwillingen in der Produktionsplanung realisieren.

XR-Hardware im Einsatz

Technologische Durchbrüche, die im Bereich XR in den vergangenen Jahren erzielt wurden, tragen in Verbindung mit digitalen Zwillingen schon heute maßgeblich zur Effizienzsteigerung bei. Moderne XR-Hardware, wie die Vive XR Elite von HTC Vive, unterstützt eine Vielzahl wichtiger 3D-Dateiformate und ermöglicht es, Iterationsprozesse schnell und effizient im Maßstab 1:1 durchzuführen, ohne zeitaufwändige und teure physische Prototypen bauen zu müssen.

Global tätige Unternehmen wie Siemens, BHP, Ford, Bosch und Airbus investieren bereits massiv in die Integration dieser Technologien in ihre Geschäftsprozesse. Und ihr Potenzial dürfte noch weiter wachsen: Analysten schätzen, dass der Markt für digitale Zwillinge bis 2030 auf 126,6 Milliarden US-Dollar anwachsen könnte.

Ford Motor Company: Neue Ära der Fabrikplanung

Einer der wichtigsten Aspekte von XR sind die vielfältigen Visualisierungsmöglichkeiten. Durch die Technologie lassen sich hochwertige 3D-Modelle mühelos und in Echtzeit darstellen und bewerten. Virtalis, ein Spezialist im Bereich Visualisierungstechnologie, hat deshalb gemeinsam mit der Ford Motor Company zusammengearbeitet, um VR mit digitalen Zwillingen für die Planung des Fabriklayouts und die Optimierung des Materialflusses des Automobilpioniers zu kombinieren. So hat die Abteilung Material Flow & Packaging Engineering (MF&PE) von Ford die Notwendigkeit erkannt, in einem zunehmend wettbewerbsintensiven Markt, in der Zeiten bis zur Markteinführung immer kürzer sind, und man auf Anhieb richtig liegen muss, traditionelle Methoden durch innovative Ansätze zu ergänzen.

So bietet VR den Ingenieuren von Ford die Möglichkeit, anhand virtueller Modelle die ergonomischen Bedingungen und Sichtlinien in den Produktionsanlagen zu prüfen. Oberstes Ziel ist es, die Sicherheit und Arbeitsbedingungen in der Fabrik nachhaltig zu verbessern.

Zentrale Fragen waren beispielsweise: „Wie hoch müssen die Regale sein, damit die Mitarbeiter die darin befindlichen Gegenstände sicher erreichen können?“ oder „Wie frei sind die Regale zugänglich, wenn sie überprüft werden müssen?“ In diesem Zusammenhang ermöglichen virtuelle Bilder der Produktionsanlagen ein viel besseres Verständnis für den endgültigen Entwurf, bevor die tatsächliche Installation erfolgt. Auch der Transport von Geräten und Materialien wird im virtuellen Modell simuliert, was die Planungssicherheit erhöht und gleichzeitig den Bedarf an physischen Prototypen reduziert.

Die frühzeitige virtuelle Entwurfsprüfung und -abnahme führte zu einer erheblichen Verringerung der Nacharbeiten, zur Reduzierung von Änderungen und zu geringeren Verzögerungen bei der Eröffnung der Anlage. Ein weiterer Vorteil ist der geringere Bedarf an Arbeiten vor Ort, da die Durchführung von Entwurfsprüfungen in VR aus der Ferne zu einer Reduzierung der Besuche von Ford-Ingenieuren um 30 Prozent führte. Dadurch spart Ford nicht nur Zeit, sondern auch Kosten und minimiert die Auswirkungen auf die Umwelt, da viele Besuche vor Ort entfallen.

Mike Thompson, leitender Ingenieur für MF&PE und Nachhaltigkeit bei Ford, sagt über die neuen innovativen Produktionsplanungsansätze: „Da es während der Covid-Pandemie nicht möglich war, von Großbritannien aus zu den Werken in Spanien zu reisen, kamen wir in dieser Zeit zum ersten Mal mit der VR-Modellierung unserer Batteriefabrik und des Werks für die Instrumententafeln in Berührung. VR ermöglicht es, die Anlagen zu erkunden und das Layout fast so detailliert zu visualisieren, als ob wir tatsächlich vor Ort wären. Die Immersion war so hoch, dass ich bei meinem ersten physischen Besuch in den Werken das Gefühl hatte, schon mehrmals dort gewesen zu sein.“

Bessere Zusammenarbeit und Entscheidungsfindung durch XR-Hardware

Software-seitig kam Visionary Render von Virtalis zur Anwendung. Das Programm ermöglicht es Ingenieuren, neben den Standard-CAD-Dateien eine Vielzahl von Datenformaten zu integrieren und so einen standardisierten und konsistenten Daten-Pool zu schaffen. Dazu können PDF-Dateien wie Produktdatenblätter gehören, auf die die Ingenieure innerhalb des virtuellen Modells zugreifen können. Damit entfällt der ständige Wechsel zwischen verschiedenen Softwareanwendungen. Zudem ist es auch möglich, Microsoft Word- und Excel-Dateien zu bearbeiten.

Gleichzeit verbessert der Einsatz der Software auch die Zusammenarbeit und Koordination zwischen Teams erheblich. Die Ingenieure können gleichzeitig an einem virtuellen Modell eines neuen Fahrzeugdesigns arbeiten, Änderungen in Echtzeit vornehmen und Informationen austauschen – unabhängig vom Standort. Gefahren in einer virtuellen Fabrikumgebung werden so im Voraus erkannt und beseitigt, bevor die eigentliche Produktion beginnt.

Der Einsatz immersiver Technologien in der Fertigung ist jedoch nicht nur auf die Optimierung von Produktionsprozessen beschränkt. Durch die Visualisierung komplexer Daten und Modelle können Manager fundierte und besser informierte Entscheidungen treffen, was letztlich zu einer höheren Produktqualität und Kundenzufriedenheit führt.

Verschmelzung der digitalen mit der realen Welt

Durch eine XR-basierten Ansatz in der Fertigung können Unternehmen die physische und die digitale Welt in virtuellen Umgebungen weiter verschmelzen und so natürlichere Interaktionen schaffen. Technologien wie Eye Tracking können zudem das Gefühl der Präsenz bei der Arbeit in XR verbessern, da es möglich ist, zu bewerten, worauf die Aufmerksamkeit gerichtet ist. Das ist besonders bei Sicherheitsschulungen effektiv, bei denen Fokuspunkte oder potenzielle Ablenkungen auf einer Baustelle eindeutig identifiziert werden können, um das Layout dementsprechend zu optimieren.

In diesem Jahr wurde auch die Mixed Reality auf den Markt gebracht, bei der hochwertige RGB-Passthrough-Farbkameras in Headsets integriert sind, die uns von VR zu XR führen. Jetzt können fortschrittliche 3D-Modelle mit der realen Umgebung verschmolzen werden, so dass Tests von Layouts und Arbeitsabläufen im Maßstab 1:1 durch XR-Hardware auch in großem Maßstab vor Ort durchgeführt werden können und Diagnose-Overlays die Ingenieure mit wichtigen Daten in Echtzeit versorgen können.

Digitale Zwillinge bieten den Herstellern Möglichkeiten, ihre gesamten Arbeitsabläufe effizienter, genauer und nachhaltiger zu gestalten. In Kombination mit XR-Hardware werden die Möglichkeiten für eine realitätsnahe und verbesserte Zusammenarbeit noch weiter wachsen und die Produktionszyklen verkürzt, während sich die Zusammenarbeit gleichzeitig verbessert.