Augmented Reality im Bereich der Fertigungsgtechnik

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Name der Autoren:	Tim Wagener
Titel der Arbeit:	Augmented Reality im Bereich der Fertigungsgtechnik
Hochschule und Studienort:	FOM Essen

Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis 2 Abbildungsverzeichnis 3 Einleitung 4 Grundlagen 4.1 Definition und Begriffsabgrenzung 4.1.1 Die wirkliche Wahrnehmung 4.1.2 Virtual Reality 4.1.3 Augmented Reality 4.1.4 Mixed Reality 4.1.5 Fertigungstechnik 4.2 Technische Grundlagen 4.2.1 Aufbau und Funktionsweise 4.2.2 Registrierung und Tracking 4.2.3 Hardware 4.2.4 Software 5 Augmented Reality in der Fertigungstechnik 5.1 Zentrale Fragen und Problemstellungen 5.2 Einsatzmöglichkeiten in der Fertigungstechnik 5.3 Technische Voraussetzungen 5.4 Wirtschaftliche Betrachtung 5.5 Chancen und Möglichkeiten 6 Realisierung in der Praxis 6.1 Stand der Technik 6.2 Beispiel Miele 6.3 Beispiel Fahrzeugfertigung 7 Fazit und Ausblick 8 Fußnoten 9 Literatur und Quellenverzeichnis 9.1 Literaturverzeichnis 9.2 Internetquellen

1 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
AG	Aktiengesellschaft
AR	Augmented Reality
CAD	Computer Aided Design
GPS	Global Positioning System
HMD	Head Mounted Display
KG	Kommanditgesellschaft
LAN	Local Area Network
PDA	Personal Display Assistant
RFID	Radio Frequency Identification
WLAN	Wireless Local Area Network

2 Abbildungsverzeichnis

Abbildungs-Nr.	Abbildung
1	Augmented Reality auf einem Smartphone
2	Verschmelzung von Wirklichkeit und Virtueller Welt
3	Komponenten von AR-Systemen
4	Benötigte Hardware zur Realisierung von Augmented Reality
5	Einsatzmöglichkeiten der Augmented Reality in der Studie Arvika
6	Schutzbrille zum Schweißen mit eingebauter AR-Technik
7	Einmalige Kosten bei der Installation von Augemnted Reality
8	Prototyp zur Nutzung von Augmented Reality beim Tiefziehen von Stahl
9	Anweisungen an den Arbeiter an der Fertigungslinie
10	Blick durch das HMD bei der Prüfung von Schweißpunkten
11	Einbindung von virtuellen Anlagen in die laufende Produktion
12	Konzeption ganzer Fertigungsanlagen in real existierenden Fertigungshallen

3 Einleitung

„In Wirklichkeit sieht alles anders aus, als es wirklich ist.” ^[1]

All dies, was man in der Welt sieht, wie Dinge, Gebäude, Straßen und Landschaften, sind nur ein Teil der Wirklichkeit. Hinter jedem Gebäude stecken weitere Informationen, wie z. B. die Entstehungsgeschichte oder andere wichtige Daten und Fakten. Somit beschreibt das Zitat von Stanislaw Jerzy Lec sehr treffend, dass das, was man mit den Augen sieht, nicht die ganze Wahrheit ist. Das Augmented Reality (AR) soll dem Menschen helfen, diese zusätzlichen Informationen abrufbar und sichtbar zu machen. Dabei ist das Thema der AR sehr aktuell. In den Medien wird immer wieder berichtet, welche Möglichkeiten beispielsweise die aktuellen Smartphones wie z. B. das i-Phone bieten: Der Benutzer kann bspw. in einer Stadt zusätzliche Informationen über eine bestimmte Sehenswürdigkeit auf den Bildschirm seines Smartphones holen. In Echtzeit werden nun die Daten der gespeicherten Zusatzinformationen in das reale Bild eingearbeitet. Das heißt, die Kamera bzw. die Software, die das Bild verarbeitet, "weiß" aufgrund ihrer Programmierung, um welches Gebäude es sich in diesem Augenblick handelt und kann dadurch die richtigen Informationen einblenden. Diese Art der Vermischung von virtueller Realität und Wirklichkeit ist erst durch die rasante Verkleinerung der nötigen Gräte sowie der dazugehörigen nötigen Rechenleistung möglich geworden. Eine weitere Einsatzmöglichkeit wird zukünftig das Navigationsgerät mit eingebauter Kamera sein, durch die die Richtungsanweisungen direkt in den Straßenverlauf auf dem Bildschirm des Navigationsgerätes projiziert werden können^[2]. Sie macht eine Orientierung für den Fahrer noch leichter. Es zeigt sich, dass AR ein Weg ist, um dem Menschen den Alltag weiter erleichtern zu können und um weitere Informationen zu erhalten. Viele kennen AR bereits aus Fußballübertragungen im Fernsehen, in denen z. B. die Distanz zum Tor bei einem Freistoß mit einem Pfeil eingeblendet wird. Auch dies ist AR. Bereits in der Industrie ist das Thema AR fester Bestandteil zukünftiger Planungen und Entwicklungen. So können z. B. ganze Fertigungsstraßen bereits virtuell im Computer vorhanden sein und so über einen Bildschirm in die echte Fertigungshalle eingeblendet werden, um zu sehen, ob die Vorstellungen sich zukünftig auch wirklich realisieren lassen. Dadurch erhofft sich die Industrie, schneller, flexibler und auch kostengünstiger auf Marktentwicklungen reagieren zu können. Ziel dieser Arbeit soll es sein, einen aktuellen Überblick über die technischen Möglichkeiten der AR in der Fertigungstechnik aufzuzeigen, um so das Entwicklungspotenzial abschätzen zu können. Dies soll auch im Hinblick auf die Kosten und einer möglichen Entwicklung der Kosten geschehen. Dabei werden die nötigen technischen Hilfsmittel genauso beschrieben, wie die möglichen Einsatzzwecke, die zu einer Effizienzsteigerung in der Fertigungstechnik beitragen können.

4 Grundlagen

In diesem Kapitel werden die Grundlagen zum Thema AR in der Fertigungstechnik beschrieben. Dazu zählen die nötigen Voraussetzungen zum Einsatz von AR (das nötige Equipment) sowie die Vorgehensweise zur Realisierung. Darüber hinaus wird der Begriff Fertigungstechnik näher beschrieben, um ein einheitliches Verständnis zu erreichen.

4.1 Definition und Begriffsabgrenzung

Zunächst ist dabei zu klären, was man unter VR versteht und welche verschiedenen Verwirklichungsmöglichkeiten es gibt.

4.1.1 Die wirkliche Wahrnehmung

Darunter sollen sämtliche Eindrücke verstanden werden, die der Mensch mit seinen fünf Sinnen wahrnehmen kann. Im Vordergrund dieser Arbeit steht im Folgenden die visuelle Wahrnehmung, da diese durch das VR am leichtesten mit zusätzlichen Informationen und Eindrücken erweiterbar ist. Demnach lässt sich von wirklicher Wahrnehmung sprechen, wenn Foto oder Videomaterial unverfälscht auf einem Display dargestellt wird. Folglich ist die abgebildete Realität nachweisbar und überprüfbar^[3].

4.1.2 Virtual Reality

Wie das Wort „Virtual“ beschreibt, ist etwas nicht physikalisch existent, sondern wird nur – unter Einsatz eines Computers – simuliert ^[3]. Bei dieser Simulation ist es möglich, ein Abbild der Wirklichkeit zu schaffen oder auch eine gänzlich neue Welt zu kreieren. Dabei können verschiedene Sinne oder deren Kombination beim Menschen angesprochen werden, so dass dieser den Eindruck erhält, in einer anderen, computergenerierten Welt zu sein. Zumeist beschränkt sich dies wiederum auf die visuelle Wahrnehmung, aber auch der Tastsinn, z. B. durch eine Vibration, können angesprochen werden.

4.1.3 Augmented Reality

Die AR (deutsch: erweiterte Realität) schließlich ist ein Mix aus der Wirklichkeit und der virtuellen Realität. Die Wirklichkeit wird durch computergenerierte Informationen erweitert oder lässt auch Informationen der Realität verschwinden. Beispielsweise werden dabei Informationen aus der virtuellen Realität mit denen aus der Wirklichkeit z. B. auf einem Bild überlagert. Wichtig dabei ist, dass die zusätzlichen Angaben das Bild der Wirklichkeit nur ergänzen und nicht ersetzen ^[4]. Zum ersten Mal kam das Thema AR beim Militär im Zusammenhang mit den Headup-Displays in Militärjets auf, die weitere Informationen des Fluges auf die Cockpitscheibe projizierten.

4.1.4 Mixed Reality

In Abgrenzung zur AR stehen bei der Augmented Virtuality, die ebenfalls Teil der Mixed Reality ist, die Ergänzungen aus der virtuellen Welt im Vordergrund. So lässt sich bspw. bei einer Betrachtung einer Stadt, die virtuell zu einer vergangenen Zeit dargestellt wird, eher von Augmented Virtuality, als von AR sprechen, da hier die virtuellen Informationen von höherer Wichtigkeit sind^[5].

4.1.5 Fertigungstechnik

Die Fertigung stellt die Wandlung eines Werkstücks vom Rohzustand bis zum Halbfabrikat oder auch zum Endprodukt dar. Als Fertigungstechnik wiederum werden die dafür nötigen Techniken und Hilfsmittel (wie z. B. Maschinen, Schweißgeräte, Roboter) bezeichnet sowie die Reihenfolge der Schritte, in denen das Produkt fabriziert werden muss. Ein typisches Beispiel ist hierfür die Automobilindustrie, bei der der angelieferte Flachbandstahl zur Karosserie und schließlich zum fertigen Automobil zusammengesetzt und verschweißt wird.

4.2 Technische Grundlagen

Die folgenden Kapitel beschreiben den Aufbau sowie die Funktionsweise der AR unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Technik. Darüber hinaus werden die aktuellen Technologien beschrieben, die zur Realisierung und Nutzung nötig sind. Eine wesentliche Herausforderung dabei ist die Echtzeitverarbeitung der Daten, die zum einen die Wirklichkeit mit Hilfe der Kamera erfassen und interpretieren können müssen und zum Zweiten die virtuellen Informationen und Bildergänzungen in das Bild einfügen müssen, so dass beim Benutzer der Eindruck der Echtzeit entsteht und keine Zeitverzerrungen auftreten^[6].

4.2.1 Aufbau und Funktionsweise

Um dem Benutzer ein visuelles Bild, gepaart aus Realität und der Erweiterung, durch computergenerierte Visualisierungen zu erstellen, können verschiedene Gerätschaften zum Einsatz kommen. Zunächst wird zwischen kopfbasierten Displays (auch bezeichnet als Head-Mounted Display(HMD)) und nicht kopfbasierten Displays unterschieden^[7]. Erstere können weiter in drei Kategorien aufgeteilt werden^[8].:

• Optische Durchsicht HMD: Die realen Lichtstrahlen werden durch die Brille gelassen, und die zusätzlichen Informationen werden auf die Brille wie eine Schablone projiziert.
• Videobasierte HMD: Das reale Bild wird durch ein Kamerasystem erfasst, digitalisiert und von einem Computer mit den Informationen der virtuellen Daten vermischt und schließlich auf einem Display ausgegeben.
• Mischtyp aus Durchsicht und Video HMD: Hierbei wird ebenfalls mit einem Videosystem gearbeitet; der Benutzer hat allerdings die Möglichkeit, am Display vorbeizuschauen, um so die Anzeige des Displays in der Realität zu überprüfen.

Bei den nicht-kopfbasierten Displays wird meist auf ein handliches Gerät (PDA, Smartphone oder Subnotebook) zurückgegriffen. Neueste Entwicklungen sind in der Lage mittels eines Lasers mit kleiner Leistung das virtuelle Bild direkt auf die Netzhaut zu projizieren.^[9].

4.2.2 Registrierung und Tracking

Bei der Registrierung handelt es sich um die Einbettung der virtuellen Informationen in das reale Bild. Dies stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar, da das System wissen muss, an welchem Ort die aktuelle Betrachtung stattfindet, um welches Objekt es sich bei der Betrachtung handelt, aus welchem Blickwinkel und in welchem Abstand die Betrachtung erfolgt (Tracking). Hinzukommend benötigt der Computer eine ausreichend große Rechenleistung, um das Bild in Echtzeit einfügen zu können, so dass dem Benutzer keine Zeitdifferenzen auffallen^[10].

4.2.3 Hardware

Um ein System aufzubauen, dass die aus Kapitel 2.2.2 genannten Ansprüche erfüllt, wird eine Reihe von Hardwarekomponenten benötigt^[11]:

• HMD: Zur Wiedergabe der Bildinformationen an den Benutzer und der Erfassung der Tracking-Informationen inklusive Kamerasystem sind HMDs nötig.
• Tragbare Computerausstattung: Um die Registrierung und die Trackingauswertung vorzunehmen, wird eine hohe Rechenleistung gefordert, die dennoch tragbar sein muss, um mobil in den Fertigungshallen zu bleiben.
• GPS (Globales Positionssystem): Um die geographische Position bestimmen zu können, wird ein GPS-System benötigt, dessen Daten ebenfalls in der Berechnung des Bildes einfließen. Eine Schwierigkeit dabei ist, dass der Empfang der GPS-Satelliten in-nerhalb von Gebäuden eingeschränkt sein kann. Alternative Positionsbestimmungen z. B. mit RFID können hier Abhilfe schaffen^[12]. Hinzu können, je nach Einsatzbestimmung, noch eine Kompassfunktion, sowie eine Lagebestimmung nützlich sein, um danau den Blickwicnkel des Betrachters herleiten zu können^[13].

4.2.4 Software

Die Anforderungen an die Software sind sehr individuell von den jeweiligen Nutzungsbedingungen abhängig. Grundsätzlich müssen allerdings folgende Eigenschaften erfüllt sein. Der Computer bzw. die Software muss in der Lage sein, das aufgezeichnete Bild mit den Daten der Trackingaufzeichnung, den globalen Positionsdaten und den virtuellen Daten zu einem neuen Bild zu verarbeiten, das wieder an das HMD und damit zum Benutzer geschickt wird. Danach werden die Daten vom Trackingsystem und vom Datenhaltungssystem (den virtuellen Einblendungen) in den Szenengenerator überführt, so dass dieser ein neues Bild berechnen kann. Diese Software kann innerhalb von einem Computersystem installiert werden. Bei größeren Berechnungen können auch unabhängige Systeme zusammenarbeiten. Für die Endanwender, z. B. als Applikation für das i-Phone, gibt es bereits zahlreiche Lösungen, die einfache Zusatzinformationen durch AR anbieten. Im industriellen Maßstab befinden sich verschiedene Möglichkeiten noch in der Entwicklungsstufe. Um allerdings schon jetzt die Möglichkeiten von AR aufzuzeigen und die Entwicklung weiter voranzutreiben, können sich Unternehmen schon heute ein Bild davon machen, was AR in Zukunft möglich macht. Die Firma Metaio bietet hierzu eine Plattform für gemeinsame Zukunftsentwicklungen an und zeigt für jedes Unternehmen individuell die Chancen durch AR^[14].

5 Augmented Reality in der Fertigungstechnik

Zwar befindet sich die Entwicklung der AR-Technik noch im Anfangsstadium, doch forschen einige Unternehmen hinsichtlich der praktischen Umsetzung von AR in der Fertigungstechnik. Dabei zeigen sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten, die in diesem Kapitel erläutert werden sollen, und es werden ebenfalls die technischen Voraussetzungen genannt, um ein solchen System in der Fertigung zu nutzen.

5.1 Zentrale Fragen und Problemstellungen

Vor einer Investition in die AR-Technik muss sich allerdings zeigen, dass auch ein wirtschaftlicher Nutzen gegeben ist, nach Möglichkeit kombiniert mit einem Innovationsfortschritt gegenüber dem Wettbewerb. Neben den getätigten Investitionen in die Technik der AR muss sich ebenfalls die praktische Tauglichkeit der Geräte in den Alltagssituationen der Mitarbeiter in den Fertigungsstätten zeigen. Dabei spielt das Handling der Geräte eine wichtige Rolle. Zum einen muss das Gerät in seiner kompakten Bauform genügend Rechenleistung bereitstellen, aber dennoch so klein sein, um im Berufsalltag auf Dauer nicht zu behindern. Zum zweiten ist die Robustheit der Geräte je nach Einsatzgebiet sehr wichtig, wenn z. B. Hitze- oder Kälteeinwirkungen auf die Gerätschaften einwirken. Zum dritten muss sich auch eine dauerhafte Nutzung im industriellen Bereich etablieren^[15]. Wenn z. B. ein Display eine immer wieder gleiche Hilfestellung leisten soll, wird der Benutzer relativ schnell den Nutzen der AR-Technik ablehnen, da er die nötigen Handgriffe bereits verinnerlicht hat und die Technik überflüssig macht. Hierzu werden im Folgenden einige Beispiele aufgezeigt.

5.2 Einsatzmöglichkeiten in der Fertigungstechnik

Wie bereits eingangs erwähnt sind die Einsatzmöglichkeiten der AR-Technik mannigfal-tig im Bereich der Fertigungstechnik. Die am weitesten entwickelten Anwendungen finden sich in der Prototypenkonstruktion. Hier können CAD-Daten auf einfache Weise für die Betrachtung durch AR aufbereitet werden^[16]. Hinzu kommt die Überprüfung, ob sich zu verändernde Teile in dem laufenden Fertigungsprozess realisieren lassen, oder ob eine Machbarkeit in Frage gestellt werden muss, bspw. in der Automobilproduktion beim Einbau eines neuen Getriebesytems. Auch im Fertigungsprozess selbst ist eine Anwendung denkbar. So können Arbeitsanweisungen direkt an der Fertigungsstraße in das HMD eingeblendet werden und so den Arbeiter ohne Zeitverzögerungen in seine Arbeit einweisen (siehe Abbildung XX). AR kann vor allem bei komplizierten Arbeiten oder Anweisungen unterstüzend für den Arbeiter sein. So kann auch die optimale Schweißnaht zweier Metallteile vom Computer berechnet und im HMD angezeigt werden. Dadurch wird auf der einen Seite eine Hilfestellung gegeben und auf der anderen Seite eine Produktverbesserung erreicht^[17]. Als weiteren Einsatzzweck lassen sich auch die gesamte Fertigungsstraße oder auch Teile von ihr virtuell erfassen. Dabei wird die Entwicklung ebenfalls am Computer konstruiert, generiert und schließlich für das HMD visuell aufbereitet. Damit ist es z. B. möglich, die Fertigungsstraße bereits in der Designphase virtuell in die echt vorhandene Fabrikhalle zu projizieren, um so vor der praktischen Umsetzung Schwachstellen und Fehler in der Konstruktion aufzudecken und dann zu vermeiden^[18].

5.3 Technische Voraussetzungen

Um den Einsatz von AR in der Fertigungstechnik voranzutreiben, werden intensive Forschungen durchgeführt, um das Tragen der AR-Ausrüstung für den Benutzer komfortabel zu gestalten. Um ein wirklich attraktives Design darzustellen, sollten deshalb die Geräte in Zukunft auf eine Größe eines Mobiltelefons schrumpfen und die HMDs sich wie eine normale Lese- bzw. Sonnenbrille tragen lassen. Die Alternative, mit einem tragbaren Display zu arbeiten, kann sich nur im stationären Einsatz lohnen, da bei ständiger Bewegung das Tragen des Displays eher hinderlich wirkt. Darüber hinaus sind ergonomische Richtlinien für informations- und kommunikationstechnische Geräte zu erfüllen sowie eine einfache Handhabung die folgende Eigenschaften erfüllen sollte: ^[19]

• Aufgabenangemessenheit : Mit dem Gerät muss eine effektive und effiziente Arbeitsweise möglich sein.
• Selbsterklärung: Das Gerät muss intuitiv bedienbar sein.
• Steuerbarkeit: Der Benutzer und sonst niemand steuert Richtung und Geschwindigkeit, gibt den Start und das Ende vor sowie eventuelle Unterbrechungen
• Erwartungskonformität: Das System ist konsistent und gibt Rückmeldungen bei Eingaben durch den Benutzer.
• Fehlertoleranz: Das Arbeitsergebnis darf nicht durch fehlerhafte Eingaben verändert werden. Das System entdeckt Fehler und hilft sie zu vermeiden.
• Individualisierbarkeit: Anpassung an die Arbeitsaufgabe und die individuellen Bedürfnisse und Vorlieben des Benutzers.

Um dieser Kriterien erfüllen zu können, werden in einer Studie die Bedürfnisse der Benutzer untersucht und so eine Alltagstauglichkeit abgeleitet. Bei dem Projekt „Arvika“, initiiert durch 28 große und mittelständische deutsche Unternehmen, werden die praktischen Einsatzmöglichkeiten in der Entwicklung, Produktion und im Service von AR untersucht und fortwährend Verbesserungen an Hardware und Software vorgenommen. Letztlich soll sich zeigen, ob eine Nutzung von AR rentabel ist^[20] Allerdings gibt es auch Anwendungsfelder, in denen sich die Technik relativ leicht in die bereits vorhandenen Arbeitskleidung und Arbeitsgeräte integrieren lassen. Dies zeigt sich bspw. bei der Integration in einen Sichtschutz für Schweißarbeiten (siehe Abbildung XX). Wie bereits in Kapitel 3.2 erwähnt erleichtert dem Arbeiter die Anzeige der optimalen Schweißnaht, um seine Ausführungen schnell, erfolgreich und von sehr guter Qualität durchzuführen^[21].

5.4 Wirtschaftliche Betrachtung

Die neue Technik der AR weist im Hinblick auf den industriellen Einsatz noch immer hohe Kosten auf. Abgesehen von der Grundlagenforschung, die zu jedem Einsatzgebiet individuell druchgeführt werden muss und für die spezielle Gerätschaften entwickelt werden müssen, sind die einmaligen Kosten zur Einführung von AR erst durch einen wirtschaftlichen bzw. durch einen Nutzenvorteil zu rechtfertigen. Bei diesen Kosten sind nicht nur die Investitionen von Hardware und Software zu nennen, sondern auch der Aufwand für Schulungen der Benutzer und die Schaffung der erforderlichen Infrastrukturen, wie LAN/WLAN, einem Ortungssystem innerhalb der Fabrikgebäude (siehe Kapitel 2.2.3) und weitere notwendige Gegebenheiten^[22]. Hinzu kommen die laufenden Kosten zum Unterhalt der jeweiligen Gerätschaften. Diese können sehr individuell ausfallen, je nachdem wie häufig eine Aktualisierung der Daten notwendig ist, bspw. wenn in der Produktionslinie neue Prozessschritte hinzugekommen sind oder verändert wurden. Zu erwähnen sind auch eventuelle Weiterentwicklungen der AR-Technik im Laufe der Nutzungsdauer. Auf der anderen Seite stehen die Vorteile dieser Technik, wie z. B. die schneller durchgeführte Arbeit, ggf. auch eine Qualitätssteigerung bei der Durchführung der Fertigung und bei der Fehlervermeiderung. Durch die präzisen Anweisungen, die der Benutzer bei seiner Arbeit erhält, und der gleichzeitigen Überprüfung dieser durch das AR-System, werden Fehler auf ein Minimum reduziert. Als Ergebnis können so eine Effizenzsteigerung erzielt und ein Wettbewerbsvorteil generiert werden.

5.5 Chancen und Möglichkeiten

Die AR weist eine Unzahl von Einsatzmöglichkeiten auf. Durch die immer weiter steigende Leistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Hardwaregröße und des Gewichtes, einhergehend mit dem Preisverfall der Gerätschaften, wird es sich letztlich abzeichnen, dass die Technik schnell und unkompliziert fast überall in der Fertigungstechnik eingesetzt werden kann. Dennoch muss stets der Nutzen, sei es in wirtschaftlicher Hinsicht, als auch in der Handhabung untersucht werden. Es muss sich ein wirklicher Vorteil gegenüber dem Verzicht auf den Einsatz der AR-Technik einstellen, da sonst der Zusatzaufwand nicht gerechtfertigt ist.

6 Realisierung in der Praxis

Dieses Kapitel soll zeigen, wo bereits heute die AR operativ zum Einsatz kommt und sich aus den Entwicklungs- und Experimentierstadien ein etabliertes Produkt entwickelt hat, auf das in der Fertigungstechnik nicht mehr verzichtet werden kann.

6.1 Stand der Technik

Durch die ständig fortschreitende Weiterentwicklung der Computertechnik ist es heute möglich, Geräte mit ausreichender Leistung zum Einsatz kommen zu lassen, die nicht größer sind als ein normales Mobiltelefon. Hinzu kommt die Miniaturisierung der HMD-Technik. Auch hier sind moderne HMDs kaum noch von einer normalen Brille zu unterscheiden. Lediglich die Lasertechnik zur Projektion der Bilder auf den Gläsern ist noch zu erkennen. Somit kann ein unkomplizierter, da auf Dauer nicht störender Einsatz während der Arbeit stattfinden. Die Technik wird vor allem in den Vorreiterindustrien Automobilbau, der Flugzeugtech-nik und in der Entwicklung von Militärmaschinen genutzt. Doch auch andere Industriezweige erkennen den Mehrwert der AR-Technik. So setzt die Firma Miele & Cie. KG bei ihrem Fertigungsprozess ebenfalls diese Technik ein, bzw. zeigt derzeit Anwendungsgebiete auf, in denen ein Einsatz zukünftig möglich sein wird. In den Anwendungsbeispielen zeigt sich allerdings, dass vor allem in den Fertigungsstätten dort die AR Anwendung findet, welche einen hohen Automatisationsgrad aufweisen, und der Mensch in wenigen Bereichen eingreifen muss. Genau hier kommt die AR-Technik zum Einsatz. Dabei spielen auch wohl definierte Prozessabläufe eine große Rolle, da sonst die Software einen erheblich höheren Programmieraufwand erfahren müsste, um alle Eventualitäten und Ausnahmezustände abfangen zu können.

6.2 Beispiel Miele

Die Miele & Cie. KG nutzt die AR im Presswerk der Fertigungsanlagen für ihre Haushaltsgeräte. Das Presswerk dient der Umformung von Stahlblechen, indem durch das Aufeinanderpressen zweier Schablonen von oben und von unten mit hohem Druck der Stahl tiefgezogen wird. Dadurch können verschiedene geometrische Formen aus Stahl hergestellt werden. Miele nutzt nun die AR-Technik, um im realen Presswerk virtuelle Bleche tiefziehen zu können. Dadurch ist Miele in der Lage, geometrisch anspruchsvolle Gehäusefronten für ihre Geräte zu testen^[23]. Für diese Neuentwicklungen ist es nötig, verschiedene Stahlgüten zu testen, die den Ansprüchen bei der Umformung genügen. Dabei fließen Faktoren ein, wie Zugfestigkeit und Streckgrenzen. Der Mitarbeiter sind somit in der Lage, kostengünstig und ohne erheblichen Aufwand verschiedene Güten zu testen und die Ergebnisse im Computer auszuwerten. Die Technik greift bei der Simulation auf Markierungen zurück, die an den Stempeln des Presswerks aufgeklebt werden. Dadurch erkennt der AR-Technik, wie sich das virtuell eingelegt Blech verformen wird und zeigt gleichzeitig - dadurch dass Stahlgüte und deren Eigenschaften im Computer gespeichert sind - die Belastungen im Stahlblech während der Umformung auf. Sollte es dabei z. B. zu einem Reißer kommen, d. h. der Stahl bricht an der Verformungsstelle auf, wissen die Mitarbeiter, dass die genutzte Güte nicht geeignet ist ohne dabei die Stempel des Presswerks zu beschädigen ^[23]. Darüber hinaus kann das neu entstandene Bauteil auch weiter in der Entwicklung eines Prototyps genutzt werden, denn auch bei der Entwicklung von Prototypen greift Miele zukünftig auf die AR-Technik zurück^[23].

6.3 Beispiel Fahrzeugfertigung

In der Automobilbranche ist die Technik der AR bereits sehr weit fortgeschritten, hat ihren Bereich in der Entwicklungs- und Erprobungsphase bereits verlassen und kann in einigen Anwendungsgebieten bereits operativ genutzt werden. Zuvor wurden allerdings verschiedene Anwendungsfelder erprobt. In dem Projekt „ARVIKA“, das von verschiedenen Firmen ins Leben gerufen wurde, sind federführend die deutschen Automobilhersteller als Treiber dieses Projektes beteiligt. Hier wird die AR auf Wirtschaftlichkeit, Einsatzzweck und auch auf die Ergonomie der Geräte in verschiedenen Anwendungsfeldern getestet (siehe Kapitel 3.3). Auch im Vorläuferprojekt „ARTESAS“ wurden bereits Einsatzzwecke im Bereich Automobilbranche ^[24]. Ein Einsatz direkt am Montageband ist eines der Ziele. Dem Arbeiter können Anweisungen gegeben werden, wie, wann und mit welchen Hilfsmitteln bestimmte Bauteile am Fahrzeug angebracht werden. Dadurch kann zum einen eine höhere Jobrotation etabliert werden, da die Arbeiter nicht in die Arbeitsschritte eingewiesen werden müssen und diese erst erlernen müssen, bevor sie zum Einsatz kommen und zum zweiten können Kollegen unkompliziert aushelfen, indem sie Daten zum aktuellen Prozessvorgang abrufen und somit bspw. bei einem Montageproblem sofort Unterstützung leisten können^[25].

Auch bei der Schweißprüfung kommt die AR zum Einsatz. Hier kann der Arbeiter die einzelnen Schweißpunkte betrachten und der Computer wertet die Qualität der Schweißpunkte aus und überprüft, ob sie an richtiger Stelle gesetzt wurden^[26].

Ein weiterer Einsatzzweck ist der Zusammenbau der Türe. Hier müssen Kabel, Motoren für die Fenster, Lautsprecher und Knöpfe verbaut werden. Dem Arbeiter wird durch AR angezeigt, in welcher Lage und an welcher Position die einzelnen Teile verbaut werden müssen. Darüber hinaus wird angezeigt, mit welchem Werkzeug und welcher Zugkraft die Teile verschraubt und befestigt werden müssen^[27]. Ein bereits etabliertes Anwendungsfeld ist das Erstellen eines Prototyps. Dies gehört zwar nicht direkt in das Feld der Fertigungstechnik, doch erleichtert es die Entwicklung neuer Komponenten, um sie anschließend beim Einbau direkt im laufenden Prozess in der Fertigungsstraße zu überprüfen.

Schließlich wird AR auch dazu genutzt, die Fertigungsstraße selbst zu konstruieren und zu verändern (siehe auch Kapitel XX). Dabei helfen innerhalb der Halle Markierungen, so dass das System erkennt, an welcher Stelle sich der Benutzer gerade befindet und kann so die gesamte Fertigung in den Fertigungshallen darstellen oder einzelne Produktionsmaschinen ausblenden und durch die neu Entwickelte ersetzen. Somit ist es möglich, Veränderungen oder Neukonstruktionen bereits in der Entwicklungszeit am Computer in der Realität zu überprüfen, ob eine Einsatzmöglichkeit gegeben ist oder ob direkt auf eine Prototypkonstruktion verzichtet werden kann, da der Einsatz in dieser Weise nicht möglich ist und somit Kosten vermieden werden können^[28].

7 Fazit und Ausblick

Es zeigt sich, dass die Technik der AR in der Entwicklung noch im Anfangsstadium steckt. Lediglich in der Automobil- und Flugzeugbranche wird AR operativ eingesetzt. Die verschiedenen Forschungsprojekte zeigen allerdings schon jetzt einen hohen Grad der Alltagstauglichkeit. Somit ist es letztlich nur noch eine Frage der Zeit, bis die AR als etabliertes Instrument bei jeglicher Realisierung von Investitionen in neue Fertigungsprozeduren und Maschinen genutzt wird, um Vorteile und Einsparpotenziale aufzuzeigen. Durch die immer kleinere und leistungsfähigere Technik wird AR zukünftig schnell und unkompliziert in jedem Bereich der Fertigungstechnik genutzt werden können. Sei es um die Arbeitsschritte zu erleichtern, oder auch um wichtige Informationen kurzfristig an die Mitarbeiter zu verteilen. Dennoch muss die Entiwicklung weiter vorangetrieben werden, um ergonomische und industrietaugliche HMDs preisgünstig verfügbar zu machen und sie müssen ebenfalls vom Anwender akzeptiert werden. Leistungsstarke mobile Rechnersysteme schaffen dabei die Voraussetzung für ein mobiles Arbeiten am Arbeitsplatz.

8 Fußnoten

1. ↑ Zitat: Stanislaw Jerzy Lec (1909-66), poln. Schriftsteller http://www.zitate.de/db/ergebnisse.php?stichwort=wirklichkeit&x=0&y=0.
2. ↑ . Diese Funktion ist auch vergleichbar mit einem Headup-Display
3. ↑ ^{3,0 3,1} Vgl. Hennig, A. (1997) Die andere Wirklichkeit S. 13.
4. ↑ Vgl. Ong, S. K.; Nee, A. Y. C. (2004) S. 3.
5. ↑ Als Beispiel: Städteentwicklung New York in Google Earth
6. ↑ Vgl. Berger, J.W.; Shin, D.S. (1999) S. 22.
7. ↑ Vgl. Fuchs, H.; Ackermann, J. (1999) S. 32.
8. ↑ Vgl. Schmidt, L; Wiedenmaier, S.; Oehme, O.; Luczak, H. (2005) S. 52.
9. ↑ Vgl. http://www.dma.ufg.ac.at/app/link/Grundlagen%3AAllgemeine/module/13964?step=2#chapter.
10. ↑ Vgl. Schmidt, L; Wiedenmaier, S.; Oehme, O.; Luczak, H. (2005) S. 53.
11. ↑ Vgl. Ong, S. K.; Nee, A. Y. C. (2004) S. 3.
12. ↑ Vgl. http://seattle.intel-research.net/people/jhightower//pubs/hightower2000indoor/hightower2000indoor.pdf.
13. ↑ Vgl. Barczok, A.; Himmelein, G.; König, P. (2009) S. 123.
14. ↑ Vgl. http://www.metaio.de/referenzen/.
15. ↑ Vgl. http://www.arvika.de/www/pdf/flyer_1f.pdf.; oder http://www.arvika.de/www/pdf/flyer_1d1.pdf.
16. ↑ Vgl. http://www.industrieanzeiger.de/themen/-/articles/12503/26512035/-/art_li_INSTANCE_vhzP/maximized/?_art_li_INSTANCE_vhzP_returnToFullPageURL=%2Fthemen.
17. ↑ Vgl. Aiteau, D; Hillers, B. Gräser, A (2003) S. 309 ff.
18. ↑ Vgl. http://www.metaio.com/products/planner/.
19. ↑ Vgl. Rügge, I. (2007) S. 55.
20. ↑ Vgl. Friedrich, W. (2007) S. 55.
21. ↑ Vgl. Aiteau, D; Hillers, B. Gräser, A (2003) S. 309 ff.
22. ↑ Vgl. Friedrich, W. (2007) S. 221.
23. ↑ ^{23,0 23,1 23,2} Vgl. http://www.openpr.de/news/214709/MIELE-mit-Virtual-Augemted-Reality-Technologie-von-VISENSO-auch-bei-Messepraesentation-einen-Schritt-voraus.html.
24. ↑ Vgl. http://www.artesas.de/site.php?lng=de&nav1ID=1&nav2ID=3.
25. ↑ Vgl. http://www.arvika.de/www/d/topic1/produktion.htm#.
26. ↑ Vgl. http://www.arvika.de/www/pdf/session2003_4a.pdf.
27. ↑ Vgl. http://www.arvika.de/www/pdf/session2003_4a.pdf.
28. ↑ Vgl. http://www.arvika.de/www/pdf/session2003_4b.pdf.

9 Literatur und Quellenverzeichnis

9.1 Literaturverzeichnis

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Barczok, A.; Himmelein, G.; König, P. (2009)	Barczok, A.; Himmelein, G.; König, P.: Mit dem Dritten sieht man besser, c’t Heft 20, Jahrgang 2009, S. 122 - 129
Berger, J. W.; Shin, D. S. (1999)	Berger, J. W.; Shin, D. S.: Computer-vision-enabled Ophthalmic Augmented Reality: A PC-based Prototype in Behringer, R., Klinker, G., Mizell, D. W. (Hrsg.), Augmented Reality, Placing Artificial Objects in Real Scenes, San Francisco, 1999, S. 19 - 30
Friedrich, W. (2004)	Friedrich, W.: ARVIKA Augmented Reality für Entwicklung, Produktion und Service, 1. Aufl., Erlangen, 2004
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Hennig, A. (1997)	Hennig, A.: Die andere Wirklichkeit: Virtual Reality – Konzepte, Standards, Lösungen, 1. Aufl., Bonn, 1997
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Rügge, I. (2007)	Rügge, I.: Mobile Solutions – Einsatzpotenziale, Nutzungsprobleme und Lösungsansätze, 1. Aufl., Wiesbaden, 2007
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9.2 Internetquellen

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