Augmented Reality in der Industrie

Erweiterte Realität in der Industrie

Betrachten wir heute die Durchdringung der Technologie Augmented Reality (AR) im industriellen Umfeld. Die Eigenschaften der Visualisierung, Kontextualisierung und Verfügbarkeit von Informationen werden auch einen positiven Effekt auf die komplexen Zusammenhänge von Geschäftsprozessen innerhalb der Industrie haben.

 

Die vorherrschende Situation legt ein grundlegendes Problem nahe: mit zunehmender Durchdringung der Digitalisierung in der Industrie, erhöht sich exponentiell die angesammelten Datenmengen, welche ungenutzt auf irgendwelchen Speichermedien umherwirren. Das Potential der gesammelten Daten, durch Verknüpfung untereinander um eine mehrwertige Information zu erhalten, bleibt dadurch auf der Strecke. Einige Unternehmen engagieren aus diesem Grund Datenanalytiker, die in die Lage versetzt werden, die gesammelten Daten aus der physischen sowie aus der digitalen Welt logisch zu verbinden und einen Mehrwert zu generieren.

Nun stellt sich die Frage, wie die datenbasierte Information wiederum zurück in die reale Welt überführt wird, um den Menschen in seiner Entscheidungs- und Handlungsfähigkeit maximal zur unterstützen. Genau an dieser Stelle herrscht ein Bruch zwischen den beiden Welten der Digitalität und Realität, den es mittels AR zu schließen gilt. 

Die Digitalität

Gerade durch das Leitthema Industrie 4.0 vorangetrieben, entwickelt sich ein gewisses Bewusstsein für die Digitalisierung der Industrie. Nun befindet sich das produzierende und verarbeitende Gewerbe nicht erst seit Einführung des Begriffs "Industrie 4.0" in einem Wandlungsprozess, sondern es begann schon früher als die sogenannten Engineering Daten digitalisiert wurden. Durch Einführung von CAD Programmen wurde die Basis für alle weiteren Entwicklungen in diesem Umfeld gelegt. Sei es eine Simulation an einem virtuellen Prototyp oder die Ableitung von spezifischen Fertigungsinformationen anhand der technischen Zeichnungen; es basieren alle, diese mittlerweile normal gewordenen, Lösungen auf der Erzeugung und Verarbeitung der konstruktiven Daten durch die Nutzung von Rechenleistung.

Dies führte dann wiederum zu der Idee, den gesamten Lebenszyklus eines Produktes mittels systemseitiger Unterstützung zu verwalten. Das war die Geburt des Produktlebenszyklusmanagements (PLM), welches darauf basiert, produktbezogene sowie betriebsrelevante Informationen zu verbinden und Rückschlüsse für die eigene Produktreihe zu ermöglichen.

In diesem Umfeld werden extrem viele Daten gesammelt und gegebenenfalls auch zurückgeführt. Eine geeignete PLM Lösung bildet dementsprechend eigene entwicklungs- sowie nutzungsbezogene Informationen ab. Daher kann, in der Branche der Industrie, PLM als übergeordnete Datenquelle der digitalen Welt definiert werden.

Die Realität

In der realen Welt der Industrie sieht es etwas anders aus. Zunächst könnte man denken, dass hier nur analoge Informationen vorherrschen, was im klassisch konservativen Maschinen- und Anlagenbau wahrscheinlich überwiegend zutreffend ist. Jedoch gibt es, im Zuge der Weiterentwicklung der Mess- und Regelungstechnik über Sensorik und Chiptechnologie, bereits heute ganz neue Ansätze in der realen Welt Daten zu erzeugen. 

Sensoren erfassen heutzutage in vielen Produkten gewisse Zustände: kritische Betriebszustände, Nutzungsverhalten, Volllasten, Teillasten, etc. Was passiert aber dann mit diesen Werten? Werden diese auch weitergeben und ausgewertet? Kommunikationsfähigkeit ist eine Grundvoraussetzung für zustandsaufnahmefähige Produkte, um in die Gruppe des Internet der Dinge (en.: Internet of Things, IoT) aufgenommen zu werden.

Gerade für die Industrie wird IoT nochmals differenziert betrachtet und heißt wiederum IIoT für Industrial Internet of Things. Hierdurch lassen sich Zustandsinformationen digitalisieren, sammeln und in (fast) Echtzeit übermitteln. IoT ist somit die Datenquelle in der realen Welt und dient als Basis für vernetzte bis hin zu smarten Produkten.

Die Verbindung der Welten

Während unsere Welt dreidimensional funktioniert, betrachten wir Daten im Zweidimensionalen auf Papierseiten oder Bildschirmen. Entscheidungen und Handlungen im Arbeitsumfeld sind immer mehr mit Informationen aus diesen Daten verknüpft.

Augmented Reality - Zwei Welten verschmelzen

Abb. 1: unterschiedliche Informationsverfügbarkeit. Quelle: Harvard Business Manager Februar 2018

 

Es gibt bereits erste Beispiele bei denen deutlich wird, wie diese Lücke zu schließen ist und welchen Effekt es mit sich bringt. Das Beispiel in Abbildung 1 zeigt, wie Informationen übermittelt werden können. Wo auf der linken Seite die Navigation auf einem Bildschirm aufgezeigt wird, befindet sich auf der rechten Seite die Information bereits dort, wo auf Basis dessen eine Handlung ausgeführt wird. Der Fahrer muss auf also bei dem linken Beispiel die Information über den Bildschirm aufnehmen und auf die Fahrtstrecke anwenden und gleichzeitig auch noch das Auto verkehrsgerecht fahren. Hierbei spricht man beim Menschen von einer kognitiven Distanz, welche die Lücke zwischen der Form in der die Information präsentiert wird, und dem Kontext, auf den sie sich bezieht, repräsentiert.

Dies zeigt, welchen unterstützenden Effekt die erweiterte Realität bei Anleitungen auf Basis relevanter Daten haben kann. Die Informationen zur Entscheidungsfindung der Folgehandlungen werden direkt zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort innerhalb der physischen Welt, und nicht auf situationsfremden zweidimensionalen Bildschirmen, angezeigt. 

Best Practice

 

Dieser Effekt lässt sich im gleichen Maße in der Industrie anwenden und die Auswirkungen sogar messen. Der Flugzeughersteller Boeing hat diesbezüglich eine Studie im eigenen Unternehmen durchgeführt. Bei der Studie ging es darum, zweidimensionale und AR-basierte Montageanleitungen miteinander zu vergleichen. Dafür wurden 50 Personen in drei Gruppen aufgeteilt. Ziel der Übung war es, einen Flügel zusammenzubauen. Die Montage besteht aus 50 Schritten in denen 30 Bauteile verbaut werden.

Die Gruppen unterschieden sich lediglich in der Art und Weise wie die Anleitung vermittelt wurde:

  1. Gruppe: Feststehender PC im Raum mit der Anleitung als PDF. Hier musste selbstständig gescrollt bzw. umgeblättert werden und die Teilnehmer konnten nicht direkt vom Montageort auf den Bildschirm schauen.
  2. Gruppe: Mobiles Tablet mit der Anleitung als PDF. Das Tablet durfte am Montageort benutzt werden und die PDF beinhaltete zusätzlich dreidimensionale Grafiken sowie Animationen.
  3. Gruppe: Mobiles Tablet mit AR Anleitung. Hier wurde keine PDF benötigt, da die Anleitung direkt grafisch in die reale Welt projiziert wurde.

Es wurden zum einen die Qualität und zum anderen die benötigte Zeit gemessen. Außerdem gab es zwei Durchläufe. Das heißt, es wurde nicht nur gemessen, wie sich die Probanden beim ersten Versuch, sondern auch bei der Wiederholung geschlagen haben.

Das Ergebnis

 

Die blauen Balken stehen für die Ergebnisse im ersten und die grünen im zweiten Versuch. Der gesamtheitliche Effekte zwischen PC und AR Anleitung sind mehr als spürbar:

 

Nicht nur, dass beim ersten Versuch die Qualität mit AR Technologie fast perfekt war, aber auch, dass beim zweiten Versuch ebendiese Perfektion erreicht wurde, sind beeindruckende Ergebnisse dieser Studie.

Diese Studie zeigt, dass bestmögliche technologische Unterstützung bei erklärungsbedürftigen Tätigkeiten bereits umgehend große Wirkung erreichen kann. Selbst, wenn diese 90% nur teilweise erreicht werden würden, wäre der gesamtheitliche Effekt für das Unternehmen bahnbrechend und damit allemal wert darüber nachzudenken, wie AR die eigenen Prozesse verbessert und die damit einhergehenden Kosten einspart.

Gerade bei geringen Stückzahlen, individuellen Produkten bis hin zu Losgröße 1 ist AR eine fundamentale Möglichkeit diesen Ansprüchen, unter Berücksichtigung der unternehmenseigenen Wirtschaftlichkeit, gerecht zu werden und damit auch in Zukunft als Unternehmen wettbewerbsfähig zu sein.

Im nächsten Artikel beschäftigen wir uns mit weiteren Beispielen aus der Industrie und messbaren Effekten auf die Produktivität bei Unternehmen, die bereits das Potential von AR erkannt haben und dieses für sich nutzen. Die Verbindung von Realität (IIoT) und Digitalität (PLM) birgt noch mehr Potentiale.