Rundum runde Anlagenplanung in Virtual Reality

Passt die Anlage wirklich an den vorgesehenen Platz? Kann der Roboter das Bauteil tatsächlich so greifen und bearbeiten wie geplant? Um solche Fragen schon vor der Inbetriebnahme zu beantworten und unschöne Überraschungen zu vermeiden, können Produktionsanlagen vor einem realen Einsatz mittels industrieller Softwaretools virtuell in Betrieb genommen und getestet werden.

Dazu werden die bei der Konstruktion der Anlage erstellten CAD-Modelle verwendet und bereits vor der Inbetriebnahme wird eine virtuelle Version der Anlage programmiert, um deren Verhalten zum Beispiel mit einem Simulationsprogramm durchzuprüfen. Fehler oder Unzulänglichkeiten können so frühzeitig erkannt und der entwickelte Programmcode direkt auf die physische Anlage übertragen werden. Die Zeiteinsparungen, welche dadurch bei der Inbetriebnahme der realen Anlage erzielt werden, sind immens. Auch die Rekonfiguration einer Anlage wird enorm vereinfacht. Allerdings ist der Einsatz von Software zur virtuellen Inbetriebnahme komplex und erfordert einen hohen Schulungsaufwand für Mitarbeitende.

Virtual Reality (VR) Tools reduzieren diese Komplexität und bieten gleichzeitig die Möglichkeit verbesserter Designs. Virtual Reality ermöglicht es, Konstruktionsmodelle in einer 1:1-Skalierung zu visualisieren und mit ihnen in Echtzeit zu interagieren. Rasante Fortschritte in der Gerätetechnologie in den letzten Jahren unterstützen die Methodik: Moderne Head Mounted Displays, ergonomische Controller und Hand Tracking sind heute hoch qualitative Geräte, die sich hervorragend für eine realistische Visualisierung von Konstruktionsdaten sowie der Interaktion mit ihnen eignen.

Forschende am Fraunhofer IPK haben auf Basis einer virtuellen Inbetriebnahmesoftware und Virtual Reality ein System entwickelt, welches es ermöglicht, virtuelle Inbetriebnahmen in Virtual Reality durchzuführen. Das System befähigt Nutzende dazu, mit ihren eigenen Händen Roboter zu kontrollieren und den Pfad zu definieren, den ein Roboter abfahren soll. Die Simulationssoftware wertet die Interaktionen aus und überträgt sie in Softwarecode für die Roboter. Wenn die Nutzenden mit der Eingabe zufrieden sind, erfolgt eine Simulation der Pfadbewegung, um den Pfad auf Plausibilität und Kollisionen zu prüfen. Diese Simulation wird ebenfalls in Virtual Reality dargestellt. Anschließend kann der Code direkt auf einen realen Roboter übertragen werden. Das Verhalten des Roboters wird dann wiederum als Digitaler Zwilling in Echtzeit in Virtual Reality visualisiert. Dadurch kann das Roboterverhalten standortunabhängig, etwa von einem anderen Land aus, in Echtzeit beobachtet werden.

Neben echten virtuellen Inbetriebnahmen kann das System auch für VR-Trainings genutzt werden. Da die Simulationsumgebung das reale Verhalten vorhandener Anlagen abbildet, ist der Aufwand zum Erstellen der Trainings gering. Zudem können kritische Fehlerfälle trainiert werden, die an einer echten Anlage hohen Schaden oder Kosten verursachen würden. Trainings in Virtual Reality können durch ihre hohe Immersion die Trainees besonders gut vorbereiten.