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Mittwoch, 20. Februar 2019

Augmented Reality

Röntgenblick nach wenigen Klicks

Von Stefan Asche | 10. Januar 2019 | Ausgabe 01

Die erweiterte Realität bietet eindrucksvolle Unterstützung bei Montage- und Maintenanceaufgaben. Ihre Erschaffung ist erstaunlich simpel.

BU eGo PTC
Foto: PTC

Virtuelle Anprobe: Der Elektrofahrzeughersteller e.GO aus Aachen nutzt AR-Technologie von PTC, um Anbauteile vor der Montage zu simulieren und anzupassen.

Ein echtes Horrorszenario: Die vollautomatisierte Produktionslinie steht still – ausgerechnet am Freitagnachmittag! Und sämtliche Servicetechniker sind natürlich längst im Wochenende. Was tun? Leise verzweifeln? Oder lautstark in Panik verfallen? Weder noch. Werksleiter Dieter Oslowski bleibt erstaunlich gelassen. Denn er hat einen Trumpf in der Hand – bzw. auf seinem Handy: eine Lösung auf Basis von Augmented Reality (AR). Sie wird ihm eindrucksvoll zeigen, was zu tun ist.

Im ersten Schritt geht der fiktive Oslowski ans Band, um sich ein Bild von der Situation zu machen: Nichts qualmt, nichts stinkt. Offenbar ein Problem mit der Elektrik. Also nimmt der 50-Jährige sein Smartphone und erfasst einen optischen Marker auf dem Motor. Sofort öffnet sich eine App. Sie erlaubt einen Röntgenblick. Dargestellt ist der Antrieb mit allen Einzelteilen – in Farbe und 3-D. Wenn Oslowski wollte, könnte er sich nun Welle, Kugellager oder Anker von allen Seiten ansehen. Er könnte sie wie von Geisterhand in den Raum ziehen, um sie herum gehen und die Rückseiten betrachten. Will er aber nicht. Ihn interessiert der Schaltplan. Er bekommt ihn per Knopfdruck.

Foto: Libby Fink/PTC

Hier schauen und dort drehen: Ein Experte von außerhalb kann sich in die AR-Experience einschalten und Anweisungen in das Livebild einzeichnen.

Nun zeigt der Bildschirm den elektrischen Aufbau der gesamten Antriebseinheit. Obwohl Oslowski kein Elektriker ist, fällt ihm sofort der Motorschutzschalter auf. Das könnte doch die Fehlerquelle sein. Also auf zum Schaltschrank ... Dort angekommen, fotografiert er einen weiteren Marker. Sofort bekommt er ein schematisches Bild aller verbauten Elemente. Das Bild ist deckungsgleich zur Realität: Wenn er sein Smartphone bewegt, bewegt sich auch die transparente 3-D-Darstellung. Die App zeigt ihm zudem blinkend an, wo der Schutzschalter ist. Einen Klick später läuft eine Filmsequenz ab, die den Ausbau Schritt für Schritt zeigt. Die Darstellung lässt sich in jeder Sekunde einfrieren, um beispielsweise die Hände für einen Schraubenzieher frei zu haben.

Nach zehn Minuten hat der Werksleiter den Job erledigt. Zugleich hat er den Austausch der Komponente dokumentiert. Die Produktionslinie fährt wieder an, das Wochenende ist gerettet.

Was nach Zauberei klingt – oder zumindest nach wochenlanger Programmierarbeit – lässt sich in Wirklichkeit binnen Stunden realisieren. Jedenfalls dann, wenn man geeignete Software nutzt. Entwickelt wird diese beispielsweise vom global agierenden Technologieunternehmen PTC. Die Lösung der US-Amerikaner heißt „Vuforia“. Wie sie funktioniert, weiß Technical Sales Director Jörg Iske: „Basis jeder neuen AR-Experience sind die CAD-Daten der vorhandenen Anlagen und Maschinen“, so der 50-Jährige. Sie lägen in aller Regel vor, etwa aus der Konstruktionsphase. „Dabei ist es unerheblich, mit welchem Programm sie erzeugt wurden. Vuforia ist kompatibel mit allen gängigen Formaten.“

Im ersten Schritt werde ein Marker, ähnlich einem QR-Code, in den virtuellen Raum gezogen. „Sein physisches Abbild kleben wir auf die Maschine. Er ist also die Verbindung zwischen Cyberspace und Realität“, so Iske. Alternativ könne die Maschine auch mittels Geometrieerkennung erfasst werden. Anschließend werden alle relevanten CAD-Daten hochgeladen. „Schon können wir verschiedenste Visualisierungen erstellen.“ Dabei sei die Software intuitiv bedienbar. „Wer beispielsweise zeigen will, dass vier Schrauben entfernt werden müssen, markiert sie zunächst nacheinander mittels Mausklick und gehaltener Shift-Taste. Dann drückt er den ,Entfernen‘-Button und gibt in einem Koordinatensystem vor, in welcher Richtung die Schrauben aus dem 3-D-Modell schweben sollen. Fertig!“

Foto: Libby Fink/PTC

Die AR-Experten Jonas Neumann (li) und Jörg Iske von PTC erschaffen in wenigen Minuten virtuelle Welten und interaktive, digitale Zwillinge.

Die Darstellung von elektrotechnischen Komponenten und Schaltplänen wird möglich durch eine enge Kooperation zwischen PTC und der EPlan GmbH & Co. KG, einem CAE-Lösungsanbieter mit Zentrale in Monheim am Rhein. „In Europa sind fast alle PTC-Kunden auch EPlan-Kunden“, erläutert Iske.

Wenn ein Nutzer der App trotz der anschaulichen Animation noch Hilfe benötigt, kann er die „Chalk“-Funktion nutzen. „Das ist eine Ask-the-Expert-Lösung“, so Iske. „Sie ermöglicht es, dass der Ratsuchende seine Bildschirmdarstellung mit einem Fachmann teilt. Dieser kann dann auf seinem Touchscreen einzeichnen, wo die Ursache für das Problem liegen könnte.“ Faszinierend dabei: Die skizzierten Kringel und Pfeile bleiben im 3-D-Raum an der richtigen Stelle, auch wenn der Monteur sein Smartphone bewegt.

Für Laien sind diese bunten und bewegten Bilder schon sehr beeindruckend. „Den Experten reicht das aber schon lange nicht mehr“, erklärt Jonas Neumann, Junior System Specialist bei PTC. „Unsere Kunden wollen Echtzeitdaten aus dem Feld in ihre Experience einbinden. Mehr noch: Sie wollen die Maschinen aus der AR-Umgebung heraus auch steuern können. Kurzum: Sie wollen einen interaktiven, digitalen Zwilling.“

PTC macht das möglich, indem die Vuforia-App stets mit der hauseigenen IoT-Plattform „ThingWorx“ verknüpft wird. „Nun lassen sich kleine Grafiken – etwa in Gestalt von Zeigermessgeräten – an bestimmte Bauteile knüpfen und mit Sensordaten speisen“, so Neumann. „Wir können umgekehrt auch individuell designte Schieberegler abbilden, deren Betätigung sich in Echtzeit auf die reale Maschine auswirken.“ Letzteres setze allerdings ein entsprechendes Datenmodell in ThingWorx voraus.

Zu den bisherigen Vuforia-Nutzern zählt unter anderem Phoenix Contact aus Blomberg. Die Ostwestfalen haben mit der Software einen Leitfaden erstellt, der Monteuren aufzeigt, wie die Werkzeuge in den hauseigenen Spritzgussmaschinen gewechselt werden sollten.

Zu den Kosten von Vuforia macht PTC keine genauen Angaben. „Erste Tests sind frei“, so Iske. Anschließend stünden verschiedene Bezahlmodelle zur Verfügung, etwa Pay per Use.

Interessant: Die Chalk-Funktion funktioniert auch isoliert vom restlichen Programmpaket und kann von jedermann kostenfrei im PlayStore oder im AppStore heruntergeladen werden. Das kann mitunter lange Diskussionen vermeiden – etwa dann, wenn die Eltern mal wieder mit den Menüoptionen des Smart-TV nicht klar kommen.