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AR in der Fertigung: Die digitale Revolution des menschlichen Bedieners

| Autor / Redakteur: Michael Ford * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Der Einsatz von Augmented Reality in der industriellen Fertigung steigert die Produktivität enorm und macht den Menschen zu einem Bestandteil der digitalen Fabriklösung.

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Industrial Augmented Reality: Der Einsatz von AR eignet sich vor allem für die flexible, hochkomplexe High-Mix-Elektronikfertigung.
Industrial Augmented Reality: Der Einsatz von AR eignet sich vor allem für die flexible, hochkomplexe High-Mix-Elektronikfertigung.
(Bild: ©zapp2photo - stock.adobe.com )

Augmented Reality (AR, auch erweiterte Realität) ist nur in einigen wenigen unternehmenskritischen Anwendungen bereits Realität. Grund hierfür waren hohe Entwicklungskosten für Spezial­anforderungen. Nun ist diese Technologie standardmäßiger Bestandteil der neuesten digitalen Manufacturing Execution System (MES)-Software. Wie ist es dazu gekommen?

Ursprünglich wurden Arbeitsanweisungen von einem Facharbeiter oder einem Meister an den Lehrling weitergegeben, der sein jahrelanges Fachwissen und seine Erfahrungen geteilt hat. Als im Laufe der Zeit die industriellen Revolutionen immer weiter fortschritten, wurden Montagearbeiten auf viele Bediener aufgeteilt und jeder erhielt eine ganz spezielle Aufgabe.

Vom Vieraugen-Gespräch zu papierbasierten Arbeitsanweisungen

Dann wurde das persönliche Vieraugen-Gespräch durch papierbasierte Arbeitsanweisungen ersetzt. Die Arbeit mit papierbasierten Arbeitsanweisungen stellt jedoch in vielen Bereichen eine große Herausforderung dar: Es ist mühsam, die Dokumente zu erstellen und bei Änderungen, beispielsweise der Auslastungsrate der Linie oder abwesenden Mitarbeitern, muss die Arbeitszuweisung und Dokumentation aufwendig überarbeitet werden. Mit dem wachsenden Produktmix und der steigenden Anzahl an Varianten und Revisionen vergrößerte sich auch der Aufwand. Trotzdem dass überall papierbasierte Kontrollmöglichkeiten zur Verfügung standen, kam es immer wieder zu Fehlern.

Erst durch das Auftreten erschwinglicher Flachbildschirme wurden elektronische, papierlose Arbeitsanweisungen zu einer echten Alternative. Jeder Bediener erhielt nun automatisch den für ihn bestimmten Dokumentensatz, das Ganze wurde von Software gesteuert und war mit den Produktionsaufträgen verknüpft. Die bestehenden Probleme mit Revisionskontrollen und fehlender Papiere konnten auf diese Art gelöst werden.

Papierlos, aber nicht wirklich „digital“

Diese frühen einfachen elektronischen Arbeitsanweisungen waren zwar papierlos, sie waren aber nicht wirklich „digital“. Der Bildschirm gab ja nur das wieder, was zuvor auf Papier gedruckt worden wäre. Auch heutzutage werden in der Produktion immer noch vorherrschend PDF-Dateien verwendet.

Innovative Lösungen verwendeten Webtechnologien, um dynamischen Dateninhalt darzustellen. Nun konnte man sich bestimmte Bereiche ganz genau ansehen und dem Bediener Referenzmaterialien sowie weitere Details zur Verfügung stellen, wozu auch Sicherheits- und sicherheitsrelevante Informationen gehörten. All das diente dazu, die Lernkurve des Bedieners zu senken sowie die Produktivität und Qualität zu verbessern.

AR-Technologie kombiniert mit den modernsten MES-Lösungen ermöglicht es, mit dem Bediener zu interagieren, der dann komplexe Operationen Schritt-für-Schritt ausführen kann, ohne dass er dafür Expertenwissen oder Schulungen bräuchte. Kurze, sich wiederholende animierte oder reale Videos zeigen jeden einzelnen Schritt an, den der Bediener ausführen muss – und sind daher fast vergleichbar mit der weiter oben beschriebenen Beziehung zwischen dem Meister und seinem Lehrling. Da die Videoaufnahme und die Animationen so leicht zu bedienen sind wie eine App auf einem Smartphone, können Medien fast ohne Ausrüstung, Schulung und Aufwand erstellt werden.

Die neueste Lösung für die digitale Fertigung bietet sämtliche Tools, die benötigt werden, um Informationen und Medien aus vielen unterschiedlichen Quellen zu ziehen, einschließlich des ursprünglichen Produktdesigns, und fügt diese schnell und effizient in dynamische und interaktiver Arbeitsanweisungen, dem „Bediener-Cockpit“, ein. Die Bediener können nun bestätigen, dass jeder Schritt abgeschlossen wurde und Daten zu Rückverfolgbarkeitszwecken aufzeichnen, Feedback zur Verbesserung des Prozesses geben und vieles mehr. Diese Technologie gibt jedem Bediener die Möglichkeit, jede Montagetätigkeit an jedem Produkt jederzeit auszuführen.

Mit AR einen weiteren Schritt in Richtung Zukunft

Für digitale MES-Lösungen, welche die Branche auf diesem Weg Richtung Zukunft geführt haben, bedeutet der Schritt zu AR-Technologien nur eine logische Konsequenz, die allerdings gewaltige Auswirkungen darauf hat, wie die Produktionsbetreiber arbeiten. Der Unterschied ist vergleichbar mit jemandem, der ein Telefon mit Kabel gegen ein Smartphone eintauscht.

Eine AR-Technologie trägt man genauso, wie man auch eine Brille trägt. Ein computergesteuertes Display generiert in der Ansicht ein Bild, welches sich mit dem Bild in der realen Welt überlappt. Dieses zeigt dieselben digitalen Arbeitsanweisungen, die auf den interaktiven Monitoren zu sehen waren, wird aber nun direkt über das natürliche Blickfeld eines Bedieners gelegt. Das bedeutet, dass dieser nicht mehr von seiner Arbeit aufschauen muss, um sich die Anweisung anzusehen, sondern sie befindet sich genau vor ihm.

Produkt- oder Materialkennungen in Form von Barcodes werden Dank AR-Technologien in Sekundenbruchteilen ausgelesen. Das AR-Headset wird zu dem bereits erwähnten „Bediener Cockpit“, die Bediener interagieren verbal mit dem AR-System. Zudem ist die neueste AR-Hardwaretechnologie leicht und über einen längeren Zeitraum hinweg angenehm zu tragen, ohne dass Ermüdungserscheinungen auftreten oder das Gerät aufgeladen werden muss.

AR erfolgreich in die Fertigung implementieren

Es gibt drei wesentliche Faktoren, die erforderlich sind, um AR-Technologien in die gängige Baugruppenfertigung zu bringen:

  • die Praxisnähe der AR-Hardware,
  • die Fähigkeit der digitalen MES-Software, die Daten, die für den AR-Vorgang und die Interaktion benötigt werden, zur Verfügung stellen zu können, ohne dass umfangreiche kundenspezifische Anpassungen vorgenommen werden oder zusätzliche Datenaufbereitung erfolgen müssten und
  • die Vorteile verstehen, die sich aus der Verwendung von AR ergeben.

Ebenso wie bei den oben beschriebenen Veränderungen bezüglich der digitalen Arbeitsanweisungen, erfolgt ein richtungsweisender, messbarer Leistungsanstieg des Bedieners: Immer die Hände frei zu haben steigert die Produktivität enorm. Wenn ein Bediener dynamische Schritt-für-Schritt-Anweisungen bei seiner Arbeit vor sich hat und jeden einzelnen Schritt verbal bestätigt, können Fehler vermieden werden, selbst wenn zwischen den einzelnen Montage­arbeiten feine Unterschiede liegen. Lernkurven gehören damit der Vergangenheit an, was ideal für eine flexible, hoch komplexe High-Mix Produktion ist. Außerdem ist ein Höchstmaß an Rückverfolgbarkeit garantiert, da jeder Schritt mit Bilden und, bei Bedarf, auf Video aufgezeichnet wird. Alleine diese Steigerung von Produktivität und Qualität hin zu null Fehlern ist ausreichend, um den Einsatz von AR zu rechtfertigen.

AR-Technologie, die als integrierte Option der digitalen MES-Plattform zu Verfügung steht, wird zuerst in den Bereichen Einzug finden, in denen besondere Schwierigkeiten auftreten: bei beengten Platzverhältnissen, bei denen traditionelle Arbeitsplätze nicht untergebracht werden können, oder auf großformatigen, komplexen Baugruppen, bei denen der Bediener beide Hände kontinuierlich benötigt.

Montagearbeiten, bei denen häufig Rüstwechsel vorgenommen werden müssen, besonders zwischen ähnlichen Produktvarianten oder bei denen ein Höchstmaß an Rückverfolgbarkeit erforderlich ist, sind auch solche Schlüsselbereiche. Wenn man allerdings die Vielzahl an Vorteilen in Betracht zieht, kann man davon ausgehen, dass die erweiterte Realität auch in alltäglichen Vorgängen eher früher als später Einzug halten werden.

Vorteile für den Bediener und die Smarte Fabrik

Es werden weitere spannende Möglichkeiten für die menschlichen Bediener in den smarten Fabriken im Sinne von Industrie 4.0 geschaffen werden, gerade, um mit den ansteigenden Bedürfnisse der flexiblen Massenproduktion Schritt halten zu können.

Der menschliche Bediener kann nun, anstatt auf eine kleine Reihe von Aufgaben beschränkt zu sein, mit den Einsatz von AR einer dynamischen Reihe von Aufgaben zugeteilt werden und zwar in vielen unterschiedlichen Bereichen der Fabrik, ohne dass er vorher über spezifische Fachkenntnisse einer neuen zugewiesenen Aufgabe verfügen müsste. Jetzt wird der menschliche Bediener wieder zum flexibelsten Vermögenswert einer Fabrik, da er von einem Moment zum anderen von dem Bereich Montage zu Tests und Inspektionen, Materiallogistik oder Qualitätskontrolle etc. wechseln kann.

Die wahre Industrie 4.0 wird nur dann effektiv und vollumfänglich funktionieren können, wenn Menschen Teil der digitalen Fabriklösung bleiben werden. Auch für die Bediener selbst bedeutet das einen großen Schritt nach vorne, da ihre täglichen Arbeitszuweisungen variieren und interessant sind. So wird für jüngere und kreativere Arbeiter ein Umfeld geschaffen, in dem höhere Arbeitszufriedenheit herrscht.

Der Einsatz von AR-Technologie, die praktisch und erschwinglich ist, ist in gleichem Maße eine Revolution für den menschlichen Bediener, wie es Industrie 4.0 selbst ist. Ein entscheidender Faktor ist dabei das MES-System, das die erweiterte Realität antreibt und grundsätzlich für AR konzipiert sein muss, so dass die Entwicklung von Arbeitsanweisungen für die AR-Endpunkte im Vergleich zu einer terminalbasierten manuellen Montagestation buchstäblich keine zusätzliche Arbeit, Vorlaufzeit oder Anpassung erfordert. Eine derartige AR-Technologie kann, als Bestandteil des aktuellsten digitalen MES, heutzutage als einfache zusätzliche Option eingeführt werden und zwar Seite an Seite mit regel­mäßigen monitorgesteuerten „Bediener Cockpit“-Umgebungen.

Doch nun ist es höchste Zeit, diese Dinge umzusetzen anstatt nur darüber zu lesen.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 8/2020 (Download PDF)

* Michael Ford ist Senior Director, Emerging Industry Strategy bei Aegis.

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