In virtuellen Räumen planen

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Die virtuelle Realität hält nun auch im Anlagenbau Einzug. Schmidt & Heinzmann weiß um das Potenzial und setzt dazu ein besonderes 3D-Scanverfahren ein.

Im Jahr 1949 gegrün­det, hat sich Schmidt & Heinzmann zu einem der führenden Anbieter im Bereich Entwicklung und Herstellung von Maschinen und Automatisierungskonzepten in der Compositeindustrie entwickelt. Dazu gehören etwa Kunststoff- und Composite-Pressverfahren. Die mitunter hochkomplexen Anlagen erfordern jedoch auch einen hohen Planungs- und Konstruktionsaufwand. Genau für diesen Zweck setzt der im badi­schen Bruchsal ansässige Automatisierungsspezialist auf die virtuelle Realität als Schlüssel­technologie der Zukunft. Mithilfe­ dieser lassen sich komplette Anlagen virtuell abbilden und in die virtuelle Umgebung überspielen. In der Regel werden dazu CAD-Daten der zu planenden Anlage verwendet. Schmidt & Heinzmann geht einen anderen Weg und setzt dafür auf sogenannte 3D-Punktwolken – das setzt so deutschlandweit kein anderer ein.

Mit 3D-Kameras zum digitalen Zwilling

Doch was genau verbirgt sich dahinter? Marcus Mertens, Anlagenplanung bei Schmidt & Heinzmann, weiß die Antworten: „Wir bedienen uns dabei der Technolo­gie des Laserscans. Mithilfe einer Stereo-3D-Kamera scannen wir beim Kunden das Gebäude von innen. Mit der daraus resultierenden dreidimensionalen Punktwolke haben wir einen digitalen Zwilling des Gebäudes erstellt.“ Dabei können schon mal mehrere Hundert Gigabyte an Daten anfallen, wie Mertens betont: „Die Kunst dabei ist, diese Datenmenge in die virtuelle Umgebung zu bringen und dort verwendbar darzustellen.“

Mittels Stereo-3D-Kameras werden Werksgebäude direkt beim Kunden gescannt und so ein digitaler Zwilling erstellt. Anlagen lassen sich damit präzise in bereits bestehende Umgebungen einplanen. Foto: Schmidt & Heinzmann

Bei Schmidt & Heinzmann hat man sich vor fast zwei Jahren dazu entschieden, die zukunftsträchtige­ Technologie in die Planungsprozes­se zu integrieren. Hierzu wurden natürlich auch Meinungen und Erfahrungen zur Technik im Vorfeld eingeholt – und die gaben letztendlich den Ausschlag, wie Mertens betont: „Das Potenzial hinter der Technik hat uns überzeugt, die entsprechende Ausrüstung anzuschaffen.“ Einer der Entscheidungsfaktoren für die Technologie lag aber auch im Bereich der Validierung begründet, wie Mertens zusätzlich anmerkt: „Durch den Laserscan hat man ein sehr präzises Abbild vom Kundengebäude. Wir vermeiden dadurch Konstruktionsfehler, da die Anlage, so wie sie eingeplant wird, passt.“ Störfaktoren wie etwa übersehene Komponenten lassen sich somit gänzlich ausschließen. Das spart Kosten im Aufbau und erhöht gleichzeitig die Präzision. Doch das ist noch nicht alles, das für VR spricht: „In der virtuellen Umgebung bekommt man für viele Dinge ein wesentlich plastischeres Bild. So kann man sich in virtueller Umgebung beispielsweise in einen Handarbeitsplatz hin­einversetzen und dabei testen, wie ergonomisch dieser ist. An einem CAD-Modell an einem Monitor ist dies hingegen wesentlich schwieriger.“

Grenzen erkennen und lösen

Kann man also auch einen kompletten Produktionsprozess virtu­ell simulieren und abbilden? Dies ist eher schwierig, wie Mertens erklärt: „Man kann manuelle Produktionsprozesse im Vorfeld ‚üben‘ oder auch abbilden. Außerdem können wir bewegliche Maschinenteile darstellen und damit natürlich auch Prozesse plastischer und allgemein verständlicher darstellen. Die Abbildung des Materialflusses selbst wie zum Beispiel das Schneiden und Herunterfallen von Glasfaserstücken ist jedoch nicht möglich.“

Kunden fordern die Technologie bei der Planung noch nicht aktiv ein, wie Mertens betont. Zeigt man ihnen diese dann aber, reagieren sie oftmals überrascht. „Vielen Kunden ist die Technologie bislang noch unbekannt.“ Bei einem virtu­ellen Rundgang seien viele „durchweg positiv begeistert“, so Mertens. Klar sei aber auch, dass die Techno­logie „im Planungsprozess einzelner kostengünstiger Anlagen der­zeit noch nicht verwendet wird“ – der Aufwand sei schlicht noch zu groß. Anders sieht es hingegen bei einer kompletten Fabrik oder Großanlage aus, für die dann ein virtuelles Modell erstellt wird. Das bringt auch Vorteile bei der Konzeptvorstellung mit sich, weiß Mertens: „Bislang erfolgte die Prä­sentation meist per Projektion auf eine Leinwand. Jetzt kann sich der Kunde einfach die VR-Brille aufsetzen und nach einer kurzen Ein­weisung am Gerät anhand eines virtuellen Rundgangs das Konzept für die geplante Anlage ansehen und auch virtuell begehen.“

Im Anlagenbau spielt auch der Faktor Flexibilität eine wichtige Rolle. So kann es auch vorkommen, dass Kunden kurzfristige Änderungen am Aufbau oder der Technik der Anlage wünschen. Mittels der 3D-Punktwolke kann schnell und einfach überprüft werden, ob die gewünschten Maschinenänderungen auch räumlich beim Kunden umsetzbar sind. „Die Flexibilität dieses Systems hat allerdings auch Grenzen“, wie Mertens betont. „Da die 3D-Punkt­wolke ein Abbild der Reali­tät ist, ist dies aber so gewollt. Sollte der Kunde seine Anlage insoweit verändern, dass diese nicht mehr problemlos in sein bestehendes Gebäude passt, wird die Punktewolke um ein CAD-Modell der Halle sowie der Maschine ergänzt.

Mittels 3D-Punktwolke kann schnell und einfach überprüft werden, ob die gewünschten Maschinenänderungen auch räumlich beim Kunden umsetzbar sind. Foto: Schmidt & Heinzmann

Im virtuellen Raum interagieren

Die virtuellen Weiten des Raumes assoziiert man unweigerlich mit dem Sinnesreiz des Sehens. Um dort aber auch interagieren zu können, muss auch die passende Hardware her. Die Bruchsaler verwenden dazu einen Controller, der über Messpunkte die Position der Hand im Raum darstellt. „Damit ist es möglich, eine komplette Maschine ‚anzufassen‘ und diese in der virtuellen Welt zu versetzen. So kann man beispielsweise eine Presse mit gut 200 Tonnen Eigengewicht mit lediglich einer Hand anheben und diese einfach an einen anderen Ort versetzen“, wie Mertens erläutert.
Das Potenzial der virtuellen Reali­tät erscheint dabei schier grenzenlos. Das hat auch Schmidt & Heinzmann erkannt und lotet dabei andere Anwendungsbereiche fernab der Konzeption und Entwicklung aus. Überlegungen zur Entwicklung von Lösungen für die Bereiche Fernwartung oder Schulungen stecken allerdings noch in den Kinderschuhen, das weiß auch Mertens: „Wir im Unternehmen sind noch nicht so weit. Diese Überlegungen gibt es aber auch bei uns. Andere Unternehmen sind hierbei sicherlich schon weiter, etwa ‚Big Player‘ aus dem Luftfahrtbereich. Hier werden beispielsweise­ virtuelle Wartungsschulungen für Flugzeuge durchgeführt.“

Dass sich das Unternehmen in Zukunft mit VR auch in weitere Anwendungsbereiche wagen möchte, steht außer Frage. Die schiere Zahl an Möglichkeiten lässt hierbei noch offen, wohin die Reise gehen soll: „Da der Markt so groß ist, ist es schwierig, sich in eine Richtung zu entwickeln – die Flut an Möglichkeiten ist einfach riesig.“ An Ideen mangelt es also nicht, ebenso wenig wie an der Basis: der Software und Engine;­ und die ist im Wesentlichen Open Source, wie Mertens erklärt. „Weltweit gibt es versierte­ Softwareentwickler, von Jung bis Alt, die dafür Softwareerweiterungen liefern – alles frei zugänglich. In einschlägigen Entwicklerforen findet man dann beispielsweise auch Erweiterungen in Form eines virtuellen Maßbands. Das mag auf den ersten Blick simpel erscheinen, wenn Sie in virtueller Umgebung dann allerdings die Hände ausbreiten und das Maßband vor sich ausbreiten hinterlässt das schon Eindruck.“

Potenziale weiter ausreizen

Das Unternehmen plant Schritt für Schritt: „Eines der nächsten Ziele, welches wir in der Zukunft umsetzen möchten wäre etwa, den Bereich der Validierung und Kontrolle in den Konstruktionsprozess einzubinden.“ Dabei gilt es insbesondere einen fließenden Übergang zwischen den Arbeitsschritten zu schaffen, wie Mertens selbst hervorhebt: „Im Moment muss ich noch wechseln von der eigentlichen Konstruktionssoftware auf meinem Laptop zur Software in der VR-Umgebung.“

VR gehört die Zukunft, dementsprechend möchte das Unternehmen diese Technologie in noch größerem Umfang bei der Anlagen­planung einsetzen – wahrscheinlich sogar vollumfänglich. Wann dies allerdings so weit ist, kann auch Mertens nicht beantworten: „Wir haben dort kein festgesetztes Zeitfenster. Der Umbruch dahingehend wird sicherlich noch dauern. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Andere Unternehmen setzen VR ebenso ein – wir erwarten, dass sich da in den nächsten Jahren noch einiges tut. “Dass sich die Technologie mittlerweile in einer Vielzahl an Industriebereichen etabliert hat, könne man auch an der steigenden Zahl an Veranstaltungen und Messen hierzu beobachten, so Mertens. Vielleicht ist VR aber auch nur ein Zwischenschritt hin zu einer komplett neuen Technologie.

Ähnlich sieht das auch Mertens, der dem durchaus zustimmt: „Ich würde sogar so weit gehen und behaupten, dass dies der Fall sein wird.“ Als Indikator hierfür sieht er insbesondere die technische Entwicklung in den letzten Jahren. Schmidt & Heinzmann setzt die VR-Brille des Unternehmens HTC ein, die vor etwa drei Jahren auf den Markt gekommen und seit gut zwei Jahren auch im industriellen Umfeld anzutreffen ist. Seitdem hat sich einiges getan: So gibt es bereits mobile Lösungen, die auf einen tragbaren PC setzen, der wiederum an die entsprechende Datenbrille gekoppelt ist. Ein Start-up hat es dadurch geschafft, eine „komplette­ Turnhalle mit den entsprechenden Sensoren der Datenbrille auszustatten“, wie Mertens erzählt. Mithilfe des mobilen PCs ist es dadurch möglich, sich in der Turnhalle frei zu bewegen. Einen ähnlichen Schritt hat auch die Technik des Anbieters HTC schon vorgegeben: Dieses bietet einen „wireless“ Adapter, mit dem man sich „kabellos in der Umgebung bewegen kann – und das alles innerhalb von nicht mal zwei Jahren“, so Mertens. „Das lässt schon einen guten Vorgeschmack darauf erahnen, wohin die Reise geht.“

db

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