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VR/AR Wie kollaboratives Arbeiten in AR und VR das Engineering verändert

Die Bedeutung von AR und VR ist mit der Corona-Krise gewachsen. Wie sparen die Technologien Zeit und Kosten, wann eignen sich AR und VR, wie werden große Datenmengen flüssig dargestellt und wie setzen BMW, BASF und RWE Innogy die immersiven Technologien ein?

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Komplexe 3D-Modelle unkompliziert, schnell und reibungslos erleben: Dies macht die Software-Suite Ares möglich.
Komplexe 3D-Modelle unkompliziert, schnell und reibungslos erleben: Dies macht die Software-Suite Ares möglich.
(Bild: Holo-Light/ Simon Toplak)

Unter Augmented Reality (AR) versteht man die Wahrnehmung der um virtuelle Elemente erweiterten realen Welt, hinter Virtual Reality (VR) steckt die die Darstellung und Wahrnehmung der Wirklichkeit in einer computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung.

  • Virtual Reality blendet die Außenwelt komplett aus und beeinflusst die menschlichen Sinne durch computeranimierte Videos, Animationen und Töne.
  • Augmented Reality blendet zusätzliche Informationen ein. Die Informationen werden in einer Brille oder auf anderen mobilen Geräten zu den jeweiligen Einsatzbereichen abgebildet.
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Immersive Engineering-Umgebung für Ingenieure

Beide Technologien werden in Zeiten von Reise- und Kontaktbeschränkungen und steigendem Zeit- und Kostendruck immer wichtiger. Ein Experte auf diesem Gebiet ist das Augmented-Reality-Unternehmen Holo-Light, das die AR-Lösung Ares entwickelt hat. Ganz neu gibt es bei Holo-Light jetzt auch eine VR-Lösung. In Ares VR steht Ingenieuren die ganze Bandbreite an Features zur Verfügung. Besonderes Merkmal der Lösung sei ein plattformübergreifender Multi-User-Modus, mit dem sich AR- und VR-Nutzer einfach per Meeting-Funktion verbinden und gemeinsam an virtuellen Entwürfen arbeiten können.

In Virtual Reality beeindrucken visualisierte CAD-Modelle zudem durch ihre Farbintensität. Die VR-Variante von Ares eignet sich dank der Teleport- und Flug-Funktion auch für großflächige Designs. Die Anwendungsfälle reichen dabei von komplexen Design-Reviews bis hin zu Fabrikinstallationen. Ares VR wird demnächst im Oculus Rift Store inklusive kostenloser Testversion erhältlich sein.

CAD-Modelle visualisieren, manipulieren und bearbeiten

Wie in der Augmented-Reality-Version können Ingenieure und Konstrukteure CAD-Modelle visualisieren, manipulieren und gemeinsam bearbeiten. Sie können die inneren Strukturen eines 3D-Modells untersuchen, indem sie die Querschnittsfunktion verwenden, einzelne Komponenten auswählen oder Objekte verschieben, drehen und skalieren. Alle in der Sitzung besprochenen Änderungen oder Markierungen am digitalen 3D-Modell können dann nahtlos in die weiteren Workflows integriert werden.

XR visualisiert 3D-Inhalte in realer Größe


Ein bekanntes Problem bei immersiven Technolgien sind große Datenmengen. Wenn viele Bauteile visualisiert werden sollen, mussten bisher die Polygone reduziert werden. Denn je mobiler die Hardware, umso weniger Rechenleistung hat sie. Um den Detailgrad der Modelle nicht reduzieren zu müssen, hat Holo-Light seinen für Ingenieure entwickelten Augmented Reality Engineering Space „Ares“ um eine Pro-Version erweitert. In Ares Pro ist die hauseigene Remote-Rendering-Technologie „Isar“ (Interactive Streaming for Augmented Reality) integriert. Damit lassen sich hochpolygonhaltige 3D-Inhalte in realer Größe visualisieren und interaktiv bearbeiten. Der Grundgedanke dahinter ist die Auslagerung von anspruchsvollen Arbeitsprozessen wie Anwendungslogik oder Content-Rendering. Das bedeutet, dass die Rechenleistung nicht vom Head-Mounted-Display selbst kommen muss, sondern von einem leistungsstarken, sicheren lokalen Server oder eben aus der Cloud bereitgestellt werden kann. Die Daten liegen dadurch nie auf dem mobilen Endgerät. Ein entscheidender Sicherheitsaspekt bei Verlust der Brille oder Hackerangriffen.

Wann ist welche Technologie sinnvoll?

Grundsätzlich bestimmen Einsatzbereich und Anwendungsfall die Wahl der Technologie. Virtual Reality eignet sich technologiebedingt besonders für Anwendungen, die noch nicht oder nicht nicht in vollem Umfang real existieren. Dabei können beispielsweise Sicherheitsaspekte oder Kollisionsüberprüfungen im Fokus stehen. So werden Planungsfehler vermieden, die Sicherheit erhöht und letztlich Zeit und Kosten gespart.

Wenn Anwender virtuelle Objekte mit der realen Umgebung oder physischen Prototypen zusammenführen wollen, ist Augmented Reality der richtige Weg. Die Technologie bietet sich etwa dann an, wenn überprüft werden soll, ob CAD-Plandaten und Realität übereinstimmen oder wenn es um kollaborative Design-Reviews geht.

Praxisbeispiel 1: BMW Group spart mit AR bis zu ein Jahr im Prototypenbau

Im Münchner Pilotwerk prüft die BMW Group die Entwicklung von Fahrzeugkonzepten und Prototypen. Im Einsatz sind dabei Ares und Microsofts AR-Brille HoloLens 2. Damit werden reale Geometrien, beispielsweise einer Karosserie, mit maßstabsgetreuen, holographischen 3D-Modellen überlagert. So können verschiedene Konzeptvarianten für ein zukünftiges Serienfahrzeug und die dazugehörigen Montageprozesse in kurzer Zeit beurteilt werden. Die integrierte Remote-Rendering-Technologie Isar ermöglicht dabei das Streamen der gesamten AR-Applikation. Dazu lädt der Fahrzeugexperte CAD-Dateien von Bauteilen aus der webbasierten Datenbank in die Ares-Applikation. Mit der AR-Brille kann er die CAD-Daten in realer Umgebung dreidimensional und in Originalgröße visualisieren. Bedient wird über einfache Handgesten. Dadurch ist eine direkte Interaktion mit den virtuellen Bauteilen möglich.

Kürzere Entwicklungszyklen durch digitale Prozesse im Produktdesign

Nicht nur die Größe, sondern auch die Position und der Winkel der Bauteile sind über die AR-Anwendung mit Hilfe einfacher Handbewegungen veränderbar. Darüber hinaus kann eine Cross-Section, also ein Schnittbild in Echtzeit erstellt werden, um innere Strukturen des Fahrzeugs zu beurteilen. Ein weiterer Vorteil ist das kollaborative Arbeiten: Über den Multi-User-Modus können Teams ortsunabhängig Konzept- und Design-Reviews abhalten, um Fehler frühzeitig zu erkennen.

Anhand der maßstabsgetreuen Visualisierung und Interaktion mit zuvor in CAD-Programmen erstellten Konzepten und Prototypen können die Ingenieure nun die Erreichbarkeit, Einbaumöglichkeiten und Einsehbarkeit relevanter Montagepunkte in komplexen Systemen sofort nachvollziehen. Vor allem die Überlagerung von realer Geometrie mit holographischen 3D-Modellen ermöglicht ihnen, verschiedenste Varianten eines Konzepts in Minuten zu beurteilen. Die BMW Group hat so eine Zeitersparnis von bis zu einem Jahr bei der Absicherung von Fahrzeugmodulen erzielt.

Praxisbeispiel 2: BASF führt digitale und reale Welt für die Fabrikplanung zusammen

Der Chemiekonzern BASF setzt Augmented Reality für die Fabrikplanung ein. Damit können die geplanten Rohrleitungen und Baugruppen direkt an ihrem vorgesehenen Zielort visualisiert und manipuliert werden. Die Besichtigung der Anlage vor Ort, auch wenn sie noch gar nicht existieren sollte, erleichtert die Planung erheblich. So lässt sich feststellen, ob vor Ort alles in Ordnung ist oder ob in einer bestimmten Phase des Projekts Änderungen erforderlich sind. Darüber hinaus erweitern die „Was-wäre-wenn“-Testszenarien den digitalen Werkzeugkasten des Ingenieurs. Sie verschaffen ihm ein besseres Verständnis seiner geplanten Anlage.

AR-Zwilling deckt versteckte Konstruktionsfehler auf

Die Planung komplexer Baugruppen auf einem 2D-Bildschirm erweist sich oftmals als knifflig. Der digitale Plan und die Realität weichen oft voneinander ab. Beinahe unsichtbare Konstruktionsfehler erschweren den Planungsprozess. Dank des digitalen Zwillings lassen sich diese Fehler allerdings leicht vermeiden. Die Software-Suite Ares in Kombination mit Microsofts HoloLens gestaltet die Planung effizienter und reduziert Baufehler bei der BASF. Die Visualisierung, Manipulation und der Austausch von Informationen wird durch die intuitive Handhabung leichtgemacht. Außerdem sind durch den digitalen Zwilling fundiertere Entscheidungen im Planungsprozess möglich.

Praxisbeispiel 3: Offshore-Windkraftanlagen dank Virtual Reality effizient planen

Die Hamburger RWE Innogy GmbH setzt für die Planung ihrer Offshore-Windkraftanlagen auf Virtual Reality. Die Entwicklung von Windkraftanlagen ist ein komplexes Projekt mit vielen Stakeholdern und Disziplinen. Mit der VR-Lösung wird allen Beteiligten – sei es der Elektriker, Konstrukteur, Designer, Statiker oder Sicherheitsingenieur – das Erleben und Begehen der Anlage ermöglicht und die Planung vereinfacht. Die Anlage kann beispielsweise vermessen oder auf Kollision geprüft werden. Da hier die Überlagerung der Realität schwieriger ist, weil sich die Anlagen auf dem Meer befinden, kommt VR zum Einsatz. Insgesamt werden Planungsfehler vermieden und die Sicherheit erhöht.

Dieser Artikel erschien zuerst auf unserem Partnerportal Konstruktionspraxis.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

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