Erweiterte Realität: Maschinenbauer im AR-Fieber

Noch vor kurzem waren sie kaum mehr als ein Messe-Gimmick: Datenbrillen und ihre Träger lockten Besucher auf Maschinenbau-Messen auf die Stände. Auch auf der Interpack im vergangenen Jahr nutzten viele Interessierte die Gelegenheit, selbst einmal zu testen, wie sich die erweiterte Realität mit einer Oculus Rift, einer Vive oder Hololens vor den Augen darstellt.

Der eine oder andere Aussteller von Pharmaanlagen hatte dabei wohl die Innovationsfreudigkeit seiner Klientel unterschätzt. „Augmented und Mixed Reality-Anwendungen gehört die Zukunft in der Instandhaltung“, so der Tenor vieler Besucher, die sich über die Möglichkeiten von Virtual-Reality-Methoden informierten.

Nicht nur Augmented Reality-Brillen - so genannte AR-Brillen - unterstützen bei der virtuellen Maschinenbedienung und Wartung. Tablets machen die erweiterte Realität ebenfalls zugänglich. Sie wirken zwar weniger futuristisch, doch sie scheinen ausgereifter und näher an der realen Anwendung. An Bedeutung gewinnen zudem VR- und AR-Methoden für die Schulung.

Andere unterstützen direkt den Pharma-Anlagenbauer: etwa im Engineering-Prozess. Und im zunehmenden Maße gelingt es den Pharma-Anlagenbauern auch, anstelle eines Mock-ups, also einer stilisierten Holz-Attrappe der späteren Pharmaanlage, einen virtuellen Prototypen (Digital Mock-up) auf Basis der CAD-Daten zu nutzen. Mit seiner Hilfe können in der Konstruktionsphase letzte Fragen anhand von Usability-Tests geklärt werden, bevor die eigentliche Anlage gebaut wird.

Die digitalen Produkte und Leistungen bedeutender, auf Pharmaanlagen fokussierter Maschinenbauer basieren meist auf einer engen Zusammenarbeit mit Pilotanwendern. „Unsere Digitalisierungsstrategie richtet sich vor allem nach außen, denn wir haben die Vorteile für unsere Kunden im Fokus“, sagt Kathrin Günther, die das Thema Digitalisierung bei Uhlmann Pac-Systeme verantwortet. Diverse VR- und AR-Projekte seien in der Pilotphase. Als Beispiel nennt Günther innovative Trainings: „Anstatt die Produktion für die Einarbeitung neuer Kollegen zu unterbrechen, kommt ein VR-System zum Einsatz, an dem die Mitarbeiter die Maschine kennenlernen und sich alle wichtigen Handgriffe, etwa für einen Formatwechsel, aneignen können.“

Am Remote-Support über Datenbrillen arbeitet Uhlmann ebenfalls. Eine Hololens-Applikation, die der Pharma-Verpackungsanlagenhersteller auf der Interpack vorstellte, wurde beim Annual Multimedia Award 2018 mit Silber in der Kategorie Terminal/Installation ausgezeichnet. Bei der Mixed-Reality-Anwendung, die der Hololens-Träger durch Gesten, Sprachbefehle und Blickkontakt steuert, werden verschiedene Maschinenparameter wie Temperatur, Leistung oder Geschwindigkeit visualisiert. Der User kann auch weitere Informationen, etwa Bedienungsanleitungen und erläuternde Videos, einsehen.

Kürzlich hat Uhlmann ein kostenloses Whitepaper veröffentlicht, das die Potenziale von VR-und AR-Techniken im Pharma Packaging zusammenfasst. Neben den Vorteilen von VR thematisiert das Unternehmen auch Einschränkungen und mögliche Probleme, wie etwa ‚Cybersickness‘ bei übermäßigem Gebrauch oder die Notwendigkeit einer drahtlosen gesicherten Breitbandverbindung, etwa für den Videosupport. Im Vordergrund steht aber die Schilderung vielversprechender Einsatzmöglichkeiten und ihrer Vorteile.

Das Whitepaper gibt einen Überblick über VR- und AR-Anwendungen im Lifecycle ­einer Anlage, von Prototyping, Design und Engineering über Training und Operations bis hin zum Service. Pilotanwendungen werden genauer vorgestellt, etwa ein virtuelles Trainingssystem für den Formatwechsel an einer Blisterlinie, die über vorhandene CAD-Daten vollständig virtualisiert wurde. Weitere Beispiele verdeutlichen die Einsatzmöglichkeiten bei Remote-Service, Maschinenreinigung und Condition-Monitoring.

Auch die Pharmaindustrie selbst weiß um die Möglichkeiten von Virtual-Reality-Techniken. Roche beispielsweise stellte im vergangenen Jahr im Rahmen einer Digitalisierungsmesse am Produktions­standort Penzberg mehrere AR- und VR-Pilotprojekte vor. Dr. Ursula Redeker, Geschäftsführerin der Roche Deutschland Holding, bestätigte, dass Augmented-Reality-Brillen bereits in der eigenen Produktion bei der Fernwartung genutzt werden: „Ein Techniker mit entsprechender Expertise kann einen mit VR-Brille ausgestatteten Anlagenbediener an einem anderen Standort unterstützen, etwa mit Anweisungen oder indem er remote auf bestimmte Funktionen zugreift.“

Bis Roche den Support seiner Kunden über Mixed-Reality-Anwendungen anbietet, ist es sicher nur eine Frage der Zeit. Die Hightech-Diagnostik-Systeme, etwa für die Gewebediagnostik oder die Immundiagnostik, die das Unternehmen vertreibt, wären ein gewinnversprechendes Anwendungsfeld. Schon heute, so Redeker, greife man die Performance dieser Maschinen ab, um bestimmte Wartungsaktivitäten lancieren zu können.

Obgleich die Anwendungen, bei denen Produktions- oder Service-Mitarbeiter Datenbrillen nutzen, wohl am bekanntesten sind, darf ein wichtiger Applikationssektor für Virtual Reality nicht vergessen werden: das Engineering. Beim Verpackungsmaschinenbauer Optima spielen die innovativen Methoden für die Planer eine wichtige Rolle.

Gustav Marwitz, Leiter einer Entwicklungsgruppe bei Optima, erläutert: „Wir nutzen VR, um uns unsere Konstruktionen im Detail anzuschauen, bevor sie in Stahl gegossen sind. So entdecken wir Möglichkeiten, sie zu verbessern. Mit dem digitalen Zwilling sichern wir beispielsweise Zugänglichkeiten für die Instandhalter bereits am virtuellen Prototypen ab.“ Schon vor der Verfügbarkeit geeigneter Datenbrillen startete Optima die innovative Entwicklungsmethode Engineering 3.0 auf Basis von Digitalisierung und Simulation. „Ende 2016 haben wir schließlich die Logiksimulation auf die Brille gebracht“, erinnert sich Marwitz. „Wir können nun die Maschine virtuell auf dem Schreibtisch platzieren, sie mit einer Steuerung verbinden – und sie fängt an, sich zu bewegen.“

Erkenntnisgewinn bringen auch gemeinsame Sitzungen der Konstrukteure im Virtual Reality Center in Schwäbisch Hall, das von über 40 Unternehmen des Vereins Packaging Valley Germany genutzt werden kann. Mittels einer lebensgroßen Darstellung der Maschinen und Anlagen auf einer 4 x 2,5 m großen Powerwall, einem Flystick für die Navigation, zwei Wii-Controllern als Hände in der virtuellen Ansicht sowie Tracking- und 3D-Brillen können sich Entwicklungsingenieure ebenso wie Maschinenbediener einen realistischen Eindruck verschaffen. Dadurch kann etwa die Ergonomie verbessert werden, etwa indem Avatare genutzt werden, die an die Größe der künftigen Nutzer angepasst werden. So kann sich der mitteleuropäische Konstrukteur besser in den um einen Kopf kleineren asiatischen Anwender hineinversetzen.

Derartige Anwendungen sind in der mittelständisch geprägten Maschinenbau-Branche für Pharma- und Verpackungsanlagen noch nicht in breitem Einsatz. Prof. Christoph Runde, Leiter des Vir­tual Dimension Center Fellbach, meint jedoch, dass die erhältlichen Softwarelösungen gut und ausgereift seien. Die Sondermaschinenbauer könnten von den Erfahrungen großer OEMs im Automobil- und Flugzeugbau profitieren. Bereits Mitte der 1990er begannen diese, mit großen Ressourcen mit VR- und Mixed-Reality-Methoden zu experimentieren. „Heute“, sagt Prof. Runde, „sind dort bereits virtuelle Quality Gateways festgeschrieben.“

Bei der „Fehlervermeidungstechnologie“ VR/AR sei schwer zu beziffern, wie groß der Zeitgewinn beziehungsweise die Kostenersparnis durch ihren Einsatz sei, meint der VR-Papst. Höchstens eine Abschätzung sei möglich: „Bei wie vielen Servicefällen kann ich die Reise eines Technikers einsparen und stattdessen mit Hilfe einer Mixed-Reality-Anwendung Support leisten?“ Unter Einbeziehung von Statistiken könne ein Maschinenhersteller zwar versuchen, den Benefit zu berechnen, doch es sei wohl sinnvoller, einfach Erfahrungen zu sammeln und es auszuprobieren.

Was den Nutzen und die Akzeptanz von VR-Anwendungen als Ersatz für den Mock-up-Bau angeht, ist Prof. Runde überzeugt: „Baubarkeit und Servicebarkeit können gut abgeprüft werden, indem man mithilfe eines virtuellen Mock-ups Tests auf Kollision, Freigängigkeit und Zugänglichkeit durchführt. So vermeidet man teure Überraschungen bei Zusammenbau und Inbetriebnahme.“

Bei der Aussicht auf die Unterstützung durch einen digitalen Handschuh, der virtuelle Haptik erlaubt, ist er jedoch skeptisch: „Force Feedback auf den Fingerkuppen reicht nicht aus, wenn der User nicht auch am Arm spürt, wenn er gegen eine Wand stößt.“ Hier könnte die Kombination von VR mit Exoskeletten die Lösung bringen, die den Mock-up-Bau bei den Pharmaanlagenbauern eines Tages überflüssig macht.