Augmented Reality - Frau vor digitaler Karte

Augmented Reality ist weit mehr als nur das Anreichern der Realität mit digitalen Informationen. Die virtuelle Technik fungiert als Assistent und ermöglicht die Darstellung von 3-D-Inhalten.

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09.02.2017 Fachinformation 246 0

Virtuelle hilft realer Welt

Das Potenzial von Augmented Reality in der Fabrik der Zukunft ist riesig. Die Technik kann Mitarbeitern defekte Stellen an Bauteilen zeigen und den Menschen fit für Industrie 4.0 machen. Doch dafür braucht es ausgereifte Geräte und noch mehr digitale Informationen.

Wenn Google etwas zeigt, dann ist der Internet-Company aus Montain View die weltweite Aufmerksamkeit gewiss. Vor ein paar Jahren war es das Google Glass. Mit der Datenbrille hat der Nutzer das Computer-Display quasi stets vor Augen. Mit ihr ist es auch möglich, sich Zusatzinformationen einblenden zu lassen, während man gleichzeitig seine Umwelt beobachtet. So brachte Google mit seinem Produkt auch das Thema Augmented Reality (AR) wieder in die öffentliche Diskussion – also die Möglichkeit, die Wahrnehmung der physischen Realität durch eine virtuelle Realität zu überlagern.

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Datenbrillen – auch Smart Glasses genannt – sind dafür nicht zwingend notwendig. Menschen, die mithilfe ihres Smartphones kleine digitale Wesen jagen, nutzen ebenfalls Augmented Reality. Beim Spiel Pokémon GO betrachtet der Nutzer durch die Kamera seines Mobilgeräts seine Umgebung. Die Pokémons werden in die Realität eingeblendet und sitzen auf Wiesen oder Garagendächern.

Augmented Reality mit Zukunftspotenzial

Doch für den Durchbruch der Augmented Reality hat das bisher noch nicht gereicht. Die Technologie ist entweder nur eine nette Spielerei wie bei Pokémon GO, oder die notwendige Hardware ist noch nicht ausgereift. Das Marktforschungshaus Gartner, das für jede Technologie einen sogenannten Hype Cycle erstellt, sieht Augmented Reality gerade in der Phase der Desillusionierung. Doch darauf folgt in der Regel die Phase, in der sich die Technik auf breiter Ebene durchsetzt und für sie die passenden Anwendungen gefunden werden. Was mit Augmented Reality im Jahr 2050 tatsächlich alles möglich sein wird, ist zwar heute kaum absehbar. Fest steht aber: Das Potenzial der Technologie für die Zukunft ist riesig – unter anderem in industriellen Umgebungen.

Zu diesen zählt zum Beispiel Dr. Christoph Runde, Geschäftsführer des Virtual Dimension Center Fellbach, einem Kompetenznetzwerk aus Technologielieferanten, Dienstleistern, Anwendern und Forschungseinrichtungen, die sich mit Virtuellem Engineering beschäftigen. „Augmented Reality wird in der Zukunft zu einem selbstverständlichen Werkzeug werden“, glaubt Runde. In der Fabrik gibt es laut Runde grundsätzlich zwei Bereiche, in denen Augmented Reality seine Stärken ausspielen kann: zum einen beim Konsistenz-Check zwischen Realität und 3D-Modell und zum anderen bei der Assistenz von Mitarbeitern.

Konsistenz-Check bedeutet: Mit AR-Systemen lassen sich digitale 3D-Daten mit realen Objekten abgleichen. Das erleichtert zum Beispiel die Fertigungsplanung. „So kann man etwa sehen, ob sich ein neuer Pkw auf der alten Linie produzieren lässt“, erklärt Runde.

Augmented Reality

Das Potenzial von Augmented Reality in industriellen Umgebungen ist riesig. Komplexe Produkte und Fertigungsprozesse können in der virtuellen Welt entworfen und getestet werden, bis alles perfekt ist.

| Siemens AG

Augmented Reality in der Qualitätssicherung

Möglichkeiten ergeben sich auch in der Qualitätssicherung, wie Dr. Ulrich Bockholt, Abteilungsleiter „Virtuelle und Erweiterte Realität“ am Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD), berichtet. Sind alle erforderlichen Bauteile verbaut? Sind alle Bauteile so platziert, wie im CAD-File beschrieben? Wie groß ist die Abweichung von Soll- und Ist-Positionierung?

Autobauer BMW testet in einem Pilotprojekt eine Datenbrille, um die Kommunikation zwischen Qualitätsprüfern und Entwicklungsingenieuren zu verbessern. Dabei geht es um die Prüfung von Vorserienfahrzeugen. Bislang bleiben die Problembeschreibungen oft zu vage, sodass Fachabteilungen häufig rückfragen mussten. Mit Google Glass können die Mitarbeiter ihre Berichte nun mit Fotos und Videos anreichern.

BMW ist nicht das einzige Unternehmen der Automobilindustrie, das mit Augmented Reality arbeitet. Viele Projekte sind jedoch noch in der Testphase. Solche und andere Testprojekte lassen erkennen, welche Anwendungen in den kommenden Jahren von der Technologie zu erwarten sind. „Wir werden dank AR zu einem integrierten Qualitätsmanagement kommen“, sagt Dr. Simon Adler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF). Er nennt eine Anwendung, die er sich für die Zukunft gut vorstellen kann: „Ich schaue mir ein Bauteil an und das System markiert automatisch die Schadensstellen.“ Klassisches Beispiel seien Reifen. „Ist ein Schlitz zu erkennen, weiß ich als Mitarbeiter nicht sofort, ob dieser unkritisch ist oder ob der Reifen ausgetauscht werden muss“, so Adler. „Mithilfe von AR kann diese Information aber direkt eingeblendet werden.“ Die virtuelle Technik fungiert dabei als Assistent, dem zweiten großen Einsatzgebiet von AR.

Möglichkeiten eröffnen sich unter anderem bei der Optimierung der Kommissionierung. DHL nutzt zum Beispiel Google Glass in einem Distributionszentrum in den Niederlanden. Den Mitarbeitern werden Arbeitsanweisungen in die Brille eingeblendet – etwa, wo sich ein bestimmter Artikel befindet und in welcher Menge er benötigt wird.

Augmented Reality als Werkzeug für die Instandhaltung

Die Fähigkeit, Dinge sichtbar zu machen, die ein Mensch nicht entdecken würde, könnte AR künftig auch zum wichtigen Werkzeug für die Instandhaltung machen. Der Servicetechniker wird dabei zum Beispiel von einem Tablet-Computer wie von einem Navigationssystem durch die Werkhalle geführt. Dank der Software macht er den defekten Roboter oder die fehlerhafte Maschine ausfindig. Das AR-System zeigt ihm dann alle für die Wartung notwendigen Informationen an.

„Solche Möglichkeiten sind vor allem für viele Maschinenbauer interessant, die den Weltmarkt beliefern und ihre Servicetechniker nicht überall hinschicken können“, sagt Runde. Eine Idee sei es, dabei mit lokalem Personal zu arbeiten und den Spezialisten aus der Zentrale hinzuzuschalten. Letzterer kann dem Techniker, der in der Werkhalle vor Ort steht, dann die notwendigen Informationen direkt einblenden. „Das ist quasi eine Mischung aus Telekonferenz und Augmented Reality“, so Runde. Technisch sei das heute schon möglich.

Laut Adler vom Fraunhofer IFF ließe sich AR auch in eine vorausschauende Instandhaltung einbinden, an der bereits heute viele IT-Unternehmen arbeiten. In diesem Fall läuft der Werker mit einer Datenbrille durch die Fabrik und erhält die Information, dass zum Beispiel in zwei Stunden eine bestimmte Pumpe ausfällt. Die Brille führt ihn dann zu seinem Einsatzort und informiert ihn, wie lange er bis dorthin benötigt.

Augmented und Virtual Reality

Grundsätzlich versteht man unter Augmented Reality (AR) die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Im Gegensatz zur Virtual Reality (VR), bei der der Nutzer komplett in eine virtuelle Welt eintaucht, wird bei AR die reale Welt um zusätzliche Informationen beziehungsweise technische Hilfen erweitert. AR-Anwendungen werden mit Smartphones, Tablet-Computern, Datenbrillen (See-Through-Geräte), Head-Mounted-Displays oder Projektionssystemen umgesetzt. Letztere projizieren Informationen wie zum Beispiel Baupläne auf ein Objekt.

Augmented Reality als Kerntechnologie für Industrie 4.0

„Das große Potenzial von Augmented Reality liegt darin, die digitale und die reale Welt permanent und in Echtzeit zu korrelieren und abzugleichen“, sagt Bockholt vom Fraunhofer IDG. Deshalb bilde AR eine Kerntechnologie für Industrie-4.0-Verfahren und die Umsetzung der smarten Fabrik. Alte Maschinen behindern häufig eine Modernisierung im Industrie-4.0-Sinn. Nach Meinung von Bockholt liefert AR die Basis, um die Heterogenität in der Fertigung in den Griff zu bekommen. Mit Augmented Reality könnten „alte Maschinen, die nicht digitalisiert sind und neue Maschinen, die zum Beispiel erst in der Planung sind, in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert und somit abgeglichen werden“.

Bis es so weit ist, gibt es allerdings noch einiges zu tun. So fehlt laut Adler häufig noch die Datenbasis für den Einsatz von AR in der Fabrik. Auf Ebene der Maschinensteuerung ist die Standardisierung bereits weit fortgeschritten. Die notwendigen Software-Systeme zu integrieren ist allerdings noch mit hohem Entwicklungsaufwand verbunden.

Viele Informationen aus der Fabrik, deren Einblendung dem Werker das Leben leichter machen könnte, sind noch gar nicht digitalisiert, fügt Runde hinzu. Große Unternehmen, die ihre Fabriken häufig umplanen, verfügen bereits über solche digitalen Modelle. „Auf die Breite des Mittelstands trifft dies aber sicherlich nicht zu“, so Runde.

Ein anderer Knackpunkt sind die Smart Glasses selbst. Ein riesiges Problem sei die intrinsische Kalibrierung, berichtet Adler – also die Kalibrierung zwischen Display und Auge. Das System muss quasi immer wissen, wohin das Auge schaut, um die Projektion auf das Glas an die richtige Stelle zu setzen. „Dafür benötigen Brillen ein integriertes Eye-Tracking und eine Tiefenbildkamera“, so Adler. Zudem müssen sie robust genug sein, um den rauen Umgebungen in den Werkhallen standzuhalten.

Der Trend geht zur Datenbrille

Smartphones und Tablets haben daher im Moment noch die Nase vorn, wenn es um den AR-Einsatz in der Fabrik geht. Für viele Anwendungen in der Zukunft werden allerdings Datenbrillen benötigt, weil der Nutzer mit ihnen beide Hände frei hat und permanent Informationen erhält. Nach Meinung von Adler ist es nur eine Frage der Zeit, bis auch die Datenbrillentechnik reif für den Einsatz im Industrieumfeld ist. Bockholt sieht das ähnlich. Er hält schon die Datenbrille HoloLens von Microsoft für einen Meilenstein. Diese arbeite unter anderem mit einer multimodalen Sensorik, die für das Tracking und für die Realisierung einer intuitiven 3D-Interaktion ausgewertet werden kann. „Aber neben Microsoft arbeiten viele der großen IT-Unternehmen an der Entwicklung von Head-Mounted-Displays, die kostengünstig für den Consumer-Markt angeboten werden sollen“, sagt Bockholt. „Diese Hardwaresysteme werden die Verbreitung von Augmented-Reality-Technologien auch im professionellen Kontext puschen.“

Runde glaubt, dass es nur noch drei bis vier Jahre dauern wird, bis Smart Glasses auch industriell einsetzbar seien. Im Jahr 2050 wird es somit also auf jeden Fall möglich sein, mithilfe von AR nicht nur Pokémons zu jagen, sondern auch nach Bauteilen und Maschinenfehlern in der Fabrik der Zukunft zu suchen.

Markus Strehlitz schreibt als freier Journalist hauptsächlich über Informationstechnologie.