Virtual Reality Wie Virtual Reality die CAD-Konstruktion beschleunigt

Von Juliana Pfeiffer

Virtual Reality hatte ihre Anfänge in der Gaming-Branche. Mittlerweile ist diese Technologie auch in der CAD- Konstruktion angekommen. Doch für wen eignet sich VR überhaupt? Und was bringt sie?

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In CAD-Entwicklungsprozessen ergänzen VR-Headsets computergestützte Verfahren ideal. Eine Maschine lässt sich dadurch virtuell in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen, optimieren und anschließend wieder zusammensetzen.
In CAD-Entwicklungsprozessen ergänzen VR-Headsets computergestützte Verfahren ideal. Eine Maschine lässt sich dadurch virtuell in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen, optimieren und anschließend wieder zusammensetzen.
(Bild: HTC Vive)

Das Analystenhaus AR-tillery Intelligence prognostiziert einen weltweiten Umsatz mit Virtual Reality im Jahr 2025 von fast 22,5 Milliarden US-Dollar. Mittlerweile gibt es zahlreiche Anbieter auf dem VR-Markt, die Lösungen für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle anbieten. Dabei steht nicht mehr nur der Gaming- und Entertainment-Bereich im Fokus: Immer mehr Unternehmen erkennen das Potenzial dieser Technologie für ihren Bereich und setzen sie zunehmend im professionellen Umfeld ein. Seit ihrem großen Boom im Jahr 2012 wird die Technologie fortlaufend weiterentwickelt und optimiert. Daraus hat sich eine breite Palette an Anwendungsszenarien ergeben.

Virtual Reality fördert die Zusammenarbeit

Doch für wen eignet sich VR überhaupt? Grundsätzlich eignet sich Virtual Reality überall dort, wo die echte Welt in die virtuelle übertragen und abgebildet werden kann. Unabhängig von der Branche kann VR die Zusammenarbeit von Mitarbeitern im Unternehmen fördern. Da werden Meetings aus dem zweidimensionalen in den dreidimensionalen Raum übertragen. Mitarbeiter können sich barrierefrei mit einem VR-Headset in 360 Grad umschauen und über Gestensteuerung mit ihrem Gegenüber interagieren. Diese Art der Kommunikation ist somit wesentlich realistischer als über Videokonferenzsysteme. Die Vorteile dieser Technologie kommen dabei insbesondere in den Bereichen Design- und Konstruktionsprüfungen (Design und Engineering Reviews), Immobilien, Architektur sowie der Aus-, Fort- und Weiterbildung zum Tragen.

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Virtuelle Reality in der CAD-Konstruktion

Im Speziellen bieten sich VR-Headsets auch für CAD-Entwicklungsprozesse an. Denn die virtuelle Technologie ergänzt die computergestützten Verfahren ideal. Die VR-Technologie ermöglicht dabei komplexe, dreidimensionale Objekte, wie beispiels­weise digitale Zwillinge, im Originalmaßstab zu betrachten, zu verändern und mit ihnen zu interagieren. Anwender nehmen damit die zu entwickelnden Objekte weitaus realistischer wahr. So lässt sich eine Maschine virtuell in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen, optimieren und anschließend wieder zusammensetzen. Auch die einzelnen Bauteile können getrennt voneinander betrachtet und verändert werden. Komplexere Produkte können somit entwickelt werden. Der Prozess wird über Controller und Gesten gesteuert und ist damit wesentlich intuitiver und realitätsnäher als über Maus und Tastatur. Mit Virtual Reality kann auf kosten- und zeitintensive Prototypen und Mockups verzichtet werden. Stattdessen wird ein Prototyp in CAD erstellt und anschließend über eine 3D-Engine, wie beispielsweise die Unreal Engine, in VR dargestellt. So können Kon­strukteure und Tester von Anfang an am virtuellen Modell in Originalgröße Änderungen vornehmen und unterschiedliche Testszenarien erproben.

Wann sollte VR zum Einsatz kommen?

Bevor Unternehmen sich für Virtual Reality entscheiden, sollten sie sich folgende grundlegenden Fragen stellen:
1. Bestehen konkrete Probleme oder Anwendungsfälle, die sich mit VR lösen lassen können?
2. Ist der Anwendungsfall grundsätzlich in VR abbildbar?
3. Kann VR inhaltlich und technisch umgesetzt werden?
4. Hat das Unternehmen die notwendigen Kompetenzen zur Implementierung der Technologie (zentralisiertes Steuerungsmodell) oder benötigt es Dienstleister/Partner?
5. Ist der Use Case zwingend mit einer mobilen oder ortsunabhängigen Hardwarelösung zu verknüpfen (Standalone vs. PC-VR)?
6. Ist die Infrastruktur des Unternehmens auf die Integration vorbereitet (DMS, ERP, DSGVO)?

Fehler frühzeitig erkennen und beheben

Virtual Reality fördert die Zusammenarbeit der Mitarbeiter. Damit können mehrere Personen unabhängig von ihrem Standort gleichzeitig an einem Projekt arbeiten und den Projektstand besprechen. Gleichzeitig bietet VR eine bessere Kontrolle und erhöht die Produktqualität. Denn die korrekte Funktionsweise von Geräten und Maschinen kann bereits im Entwicklungsstadium direkt getestet und Fehler somit in einem sehr frühen Stadium erkannt und behoben werden – das erspart Unternehmen hohe Kosten.

Einerseits, da der Entwicklungsprozess optimiert und beschleunigt wird, und andererseits, da durch den digitalen Zwilling kein teurer physischer Prototyp erstellt werden muss, der bei einer Fehlentwicklung wesentlich teurer wäre als das digitale Abbild. Speziell die hohe Flexibilität und die niedrigen Kosten, die virtuelle Modelle bieten, bieten messbare Vorteile und haben einen positiven Einfluss auf den Return on Investment.

VR überwindet damit physische Barrieren und ermöglicht eine Zusammenarbeit aller an einem Entwicklungsprozess beteiligten Gruppen. So kann sich das Marketing oder die Designabteilung mit Konstrukteuren austauschen und Kundenwünsche bereits im Entwicklungsprozess berücksichtigen und flexibel integrieren.

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VR bringt alle im virtuellen Raum zusammen

Gerade in der aktuellen Pandemiezeit ermöglicht VR zudem unabhängig vom Standort gemeinsam an einem Projekt zu arbeiten. So können Konstrukteure beispielsweise mit einem Set-up von zu Hause aus interaktiv mit Kollegen aus dem Büro zusammenzuarbeiten.

Damit arbeiten sie gemeinsam in VR an einem Prototyp. Dabei besitzt jeder einen eigenen virtuellen Avatar. Man trifft sich in VR und kann gemeinsam an einem virtuellen Mockup in Originalgröße arbeiten. Egal, ob sich Mitarbeiter im Homeoffice, dem Büro oder sogar in unterschiedlichen Städten oder Ländern befinden – Virtual Reality bringt alle in einem virtuellen Raum zusammen.

Helikopter innerhalb von sechs Monaten entwickelt

Ein Beispiel dafür, wie VR gewinnbringend eingesetzt werden kann, ist das US-amerikanische Unternehmen Bell, das mit seinem Helikopterkonzept FCX-001 ein Produkt komplett digital und maßstabsgetreu in VR entwickelt hat. Änderungen konnte das Unternehmen direkt an einem virtuellen Prototyp in Originalgröße vornehmen, ohne dass es ein real existierendes Modell erstellen musste. Durch die virtuellen und interaktiven Mockups konnte Bell das Feedback der Entwickler sowie Änderungen bereits in einer frühen Entwicklungsphase direkt am Objekt umsetzen.

Auch Piloten konnten bereits in einem sehr frühen Stadium ihr Feedback in den Entwicklungsprozess mit einbringen, ohne dass dafür erst ein flugfähiges Modell gebaut werden musste. Bell konnte die Entwicklung dadurch signifikant beschleunigen. Üblicherweise nimmt die Entwicklungszeit eines Helikopters fünf bis sieben Jahre in Anspruch. Mit der Entwicklung komplett in VR benötigte Bell lediglich sechs Monate. Durch den Einsatz von VR-Technologie und der daraus resultierenden kürzeren Entwicklungszeit war der Luftfahrthersteller in der Lage, mehrere Millionen Dollar an Entwicklungskosten einzusparen.

Die Zukunft der CAD-Entwicklung

Um Entwicklungsprojekte zu unterstützen, braucht es die richtige VR-Ausrüstung. HTC, Entwickler intelligenter mobiler Geräte und Technologien, hat beispielsweise mit der HTC Vive Focus 3 ein VR-Headset entwickelt, das sich speziell an die Bedürfnisse von Unternehmen im Allgemeinen und Konstrukteuren im Speziellen richtet. Bei der Entwicklung stand in erster Linie die Datensicherheit im Mittelpunkt. Aus diesem Grund hat HTC Vive in die Focus 3 spezielle Sicherheitsfunktionen implementiert, wodurch alle Tracking-Daten in verschlüsselter Form ausschließlich auf dem Headset gespeichert werden. Zudem können Nutzer spezielle Privatsphäre-Einstellungen vornehmen, um das Risiko zu verringern, in Meetings oder Besprechungen von Dritten belauscht zu werden.

Rahmen der Brille aus leichter Magnesiumlegierung

Auch der Tragekomfort wurde verbessert: Gerade bei langen Entwicklungssessions ist es wichtig, dass VR-Headsets bequem und schnell einsatzfähig sind. Nur so können sich Konstrukteure vollständig auf ihre Arbeit konzentrieren. Um das zu erreichen, hat HTC die HTC Vive Focus 3 im Vergleich zu dem Vorgängermodell nochmals leichter gestaltet. So besteht der Rahmen der Brille aus einer Magnesiumlegierung, die um 20 Prozent leichter und 500 Prozent stabiler als herkömmliche, in VR-Headsets verwendete Kunststoffe ist.

Zusätzlich wurde der Akku für eine bessere Gewichtsverteilung neu konzipiert und angeordnet. Der Akku lässt sich mit wenigen Handgriffen austauschen und kann in 30 Minuten wieder aufgeladen werden – das verhindert längere Pausen im Entwicklungsprozess.

Auch die anderen technischen Spezifikationen hat HTC noch einmal erweitert. So verfügt die Focus 3 über eine 5K-Auflösung mit 2,5K-Displays. Eine Bildwieder­holrate von 90 Hz und ein 120-Grad-Sichtfeld gewährleisten ein flüssiges und klares Bild, damit auch die kleinsten Produktdetails exakt dargestellt werden können.

Die genannten Beispiele zeigen, dass Unternehmen durchaus Kosten sparen können, wenn sie VR einsetzen. (jup)

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