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Simulation

Virtual Reality mindert Risiken in Entwicklung und Produktion

23.08.2007 | Autor / Redakteur: Dieter Weidlich / Bernhard Kuttkat

Bild 1: Ergonomieuntersuchungen in der Virtual Reality.
Bild 1: Ergonomieuntersuchungen in der Virtual Reality.

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Leistungsfähige Entwicklungs- und Simulationswerkzeuge zur digitalen Produkt- und Prozessentwicklung werden für die Unternehmen immer mehr zum Wettbewerbsfaktor. Keine andere Technik bietet eine bessere Plattform zur interdisziplinären Kooperation, zur Erhöhung des Reifegrades und zur Sicherung der Transparenz in allen Phasen der Produkt- und Prozessentwicklung als die virtuelle Realität.

Virtual Reality (VR) bildet eine ideale Visualisierungs- und Kommunikationsplattform zur fachübergreifenden Diskussion verschiedener Fragestellungen aus den Bereichen Konstruktion, Technologie, Produktionsplanung, Wartung und Schulung. Derzeitige Anwendungsgebiete sind insbesondere das Design Review von Konstruktionsentwürfen, die virtuelle Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen, die Fabrik- und Anlagenplanung, Ergonomieuntersuchungen sowie die Montageplanung (Bild 1).

Zahlreiche Anwendungsgebiete für Virtual Reality in der Industrie

Virtuelle Szenarien für die Wartung und Schulung bilden die Grundlage für eine ganzheitliche Betreuung des Kunden schon vor dem Produktionsanlauf. Weiterhin bietet die VR intuitive Lösungen für die Auswertung von allen Arten der computergestützten Simulation.

Die Simulationsergebnisse werden nach einer notwendigen Aufarbeitungsphase im Maßstab 1:1 visualisiert. Dadurch können schneller Rückschlüsse auf die Produkteigenschaften gezogen und wichtige Entscheidungen in frühen Phasen der Produktentwicklung getroffen werden.

Investitionen in Virtual-Reality-Techniken machen sich bezahlt

Immer wieder wird die Frage nach den Kosten für den Einsatz von VR-Techniken gestellt. Diese für Unternehmen wichtige Frage sollte immer in Verbindung mit dem potenziellen Nutzen diskutiert werden. Kürzere Entwicklungszeiten, steigende Qualität, erhöhte Kundentransparenz, interdisziplinäre Kooperation und ein Wettbewerbsvorteil durch frühzeitige Marketingaktivitäten sprechen für den Einsatz von VR-Techniken. Die finanziellen Belastungen durch die Beschaffung von Hard- und Software, Kosten für einen erhöhten Aufwand zur Integration der Techniken in die digitale Prozesskette und Kosten für einen erhöhten Schulungsbedarf des Personals sind dem gegenüberzustellen.

Letzterem wird durch die Entwicklung von immer intuitiver zu bedienender VR-Software entgegengewirkt. Ziel dieser Entwicklung ist es, jeden Beteiligten zu befähigen, die VR nach kurzer Einarbeitungszeit bedienen zu können und für sein Arbeitsgebiet effektiv einzusetzen (Bild 2). Dies wird beispielsweise durch eine direkte Ankopplung von derzeitigen CAx-Systemen an bestehende VR-Systeme realisiert. Erste Prototypen ermöglichen bereits das Modellieren von Bauteilen in der virtuellen Realität.

Freiformflächen mit Virtual Reality in Echtzeit modellieren

So lassen sich zum Beispiel schon heute Freiformflächen in Echtzeit in der VR modellieren. Standard-Hardware senkt die hohen Beschaffungskosten. Dies ermöglicht ein Austauschen von Schlüsselkomponenten wie der Graphik-Hardware. Diese Vorgehensweise zur Erneuerung der Hardware hält die laufenden Kosten niedrig.

Teil der Integration in die digitale Prozesskette ist die bereits erwähnte Aufbereitungsphase der 3D-Daten. Diese gestaltet sich abhängig von den zur Verfügung stehenden Ausgangsdaten sehr unterschiedlich. Derzeit können Daten, die in den Systemen Pro/Engineer (PTC) und Catia (IBM) erzeugt wurden, ohne größeren Aufwand in die VR-Software überführt werden. Spezielle Funktionalitäten, wie die Abbildung von kinematischen Ketten, animierte Darstellungen von Materialflüssen oder die Visualisierung von sehr großen Datenmengen können, zugeschnitten auf die aktuelle Fragestellung, integriert werden. Folgende Beispiele geben Anregung für den nutzbringenden Einsatz im Unternehmen.

Beim Design Review erlauben eine realistische, performante Darstellung von digitalen Modellen sowie die dreidimensionale Benutzerschnittstelle eine schnelle Analyse und Bewertung von 3D-Daten insbesondere zur Kollisionsbetrachtung in einem Maße, wie es am Desktop nicht möglich ist. Für die Starrag-Heckert GmbH wurden in der Planungsphase eines neuen Fertigungszentrums Untersuchungen zur Erreichbarkeit und Handhabung und eine Sichtraumbeurteilung unter „realen“ Bedingungen durchgeführt.

Werkzeugmaschinenmodellim Maßstab 1:1

Für die Werkzeugmaschinenfabrik Glauchau GmbH wurde ein virtuelles Modell im Maßstab 1:1 eines Multitechnologiecenters (MTC) erstellt. Mit diesem Modell können die vielfältigen Bearbeitungsmöglichkeiten der Werkzeugmaschine demonstriert werden.

Gemeinsam mit der Deckel Maho Seebach GmbH wurde eine Montagestrecke für die Herstellung von Werkzeugmaschinen visualisiert und simuliert. Der Hersteller stand vor der Aufgabe, in eine bereits bestehende Werkhalle eine neue Montagelinie zu integrieren (Bild 3). Durch den Einsatz von VR konnte eine schnelle Bewertung und anschließende Optimierung der geplanten Anordnungen sowie der zeitlichen Abläufe bereits im Vorfeld der Entscheidung zur Projektverwirklichung und des realen Aufbaus erfolgen.

Zur virtuellen Inbetriebnahme von Werkzeugmaschinen entwickelte das IWP in enger Zusammenarbeit mit der Studenteninitiative Siemens e.V. eine Kopplung einer Siemens-840D-Steuerung mit dem VR-Modell einer Werkzeugmaschine. Dadurch wurde es möglich, Tests der Maschine im manuellen Betrieb durchzuführen, komplexe Achsbewegungen abzubilden und die Effizienz von NC-Programmen zu testen.

Für den ortsunabhängigen Einsatz von VR-Technik wurde am IWP das Mobile Virtual Environment (moVE) entwickelt (Bild 4). Die Anlage besteht im Wesentlichen aus einer Leinwand, zwei Projektoren mit linearen Polfiltern, einem Trackingsystem sowie zwei Laptops zum Rendern der Ausgabe. Beim Aufbau des Systems wurde weitestgehend auf Standardkomponenten zurückgegriffen. Dadurch ist das System kostengünstig in der Beschaffung und bei wachsenden Anforderungen flexibel erweiterbar. Das gesamte System kann in drei Transportkisten verstaut werden und ist vor Ort in zirka 30 min einsatzbereit. Besonders auf Messen hat sich der Einsatz des ortsunabhängigen Systems bereits mehrfach bewährt. MM

Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich ist geschäftsführender Oberingenieur am Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (IWP) der Technischen Universität Chemnitz und Leiter des Virtual Reality Center Production Engineering (VRCP) in 09126 Chemnitz

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