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Mixed-Mock-Up: Mit Augmented Reality Arbeitsplätze virtuell entwickeln

| Autor / Redakteur: Michael Bansmann, Kirsten Harting* / Sariana Kunze

Bei einem Automobilzulieferer kommt Augmented Reality für die Entwicklung neuer Produktionsarbeitsplätze zum Einsatz. Via Datenbrille können Bauteile nun virtuell in der realen Produktionsumgebung montiert werden. So lassen sich Arbeitsplätze effizienter, schneller und kostengünstiger entwickeln.

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Mit Augmented Reality können neue Arbeitsplätze effizienter geplant werden.
Mit Augmented Reality können neue Arbeitsplätze effizienter geplant werden.
(Bild: ©Tran - stock.adobe.com)

An weltweit verteilten Standorten produziert das Unternehmen Hella Lichttechnik und Elektronikprodukte für die Automobilindustrie. In der Konzeption und Entwicklung der zugehörigen Produktionssysteme für Scheinwerfer und Heckleuchten arbeitet das Planungsteam derzeit mit der gängigen Methode Cardboard-Engineering: Physikalische Mock-Ups, also Prototypen aus Pappe, dienen der kreativen, handwerklichen und umfassenden Auseinandersetzung mit einem zukünftigen Produktionssystem.

Gesamte Montageprozesse werden so in abteilungsübergreifenden Projekt- und Methodenteams aus Pappe aufgebaut. Wichtige Fragen können diskutiert, Fehlkonstruktionen von Beginn an ausgeschlossen und Bedürfnisse der Mitarbeiter berücksichtigt werden: Ist die Arbeitsfläche in der richtigen Höhe eingestellt? Gibt es ausreichend Platz für Arm- und Handbewegungen? Hat der Monteur alle wichtigen Werkzeuge und Bauteile im Blick und in greifbarer Nähe? Die Produktion der kommenden Scheinwerfergeneration an den verschiedenen Produktionsstandorten von Hella dient dann als Beleg der Praxistauglichkeit des neuen Montagearbeitsplatzes.

Wie soll getestet werden ohne reale Bauteile?

Arbeitsplätze oder Vorrichtungen lassen sich problemlos als Papp-Attrappe nachbauen, lange bevor die eigentliche Produktion der Scheinwerfer beginnt. Die Bauteile, mit denen der zukünftige Produktionsprozess im Mock-Up ausprobiert und interaktiv verbessert werden soll, stehen hingegen häufig nicht zur Verfügung. Da der Konstruktionsstand der Bauteile während der Entwicklungsphase regelmäßig verändert wird, können die Bauteile nur durch zeit- und kostenintensiven 3D-Druck erstellt werden – und zum Zeitpunkt des Mock-Up-Workshops durch eine Konstruktionsänderung schon wieder veraltet sein. Weiterer Handlungsbedarf besteht bei der Dokumentation des Papp-Mock-Ups, den das Entwicklerteam allein schon aus Platzgründen nach der Konzeptionsphase wieder abbaut. Der Aufbau wird bisher nur fotografisch und in Form eines Lastenhefts dokumentiert, so dass bei späteren Unklarheiten nicht mehr alle Details ausreichend nachvollzogen werden können und somit Lösungen eventuell verloren gehen. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM untersucht Hella derzeit, wie der Papp-Mock-Up mit der digitalen Technologie Augmented Reality sinnvoll erweitert werden kann.

Soll heißen: Die im Planungsprozess fehlenden aktuellen Bauteile neuer Produkte werden durch digitale Abbilder ersetzt. Neben der Optimierung der Produktionssystemplanung fragt das Projektteam auch, welche Auswirkungen der Einsatz von Augmented Reality auf Beschäftigte, Prozesse und Strukturen hat. Ziel ist es zunächst, digitale Abbilder von Werkzeugen und künftigen Scheinwerfer-Bauteilen mit Augmented Reality auf den Papp-Prototypen zu projizieren. Der reale Prototyp wird durch virtuelle Modelle erweitert, aus dem Papp- wird ein Mixed-Mock-Up. In der konkreten Umsetzung werden den Mitgliedern des Planungsteams die digitalen Informationen über eine Datenbrille angezeigt. Die virtuellen Werkzeuge und Bauteile werden per Tracking auf der Pappe verortet, so dass sie sich bei Bewegung des Papp-Mock-Ups mitbewegen. So können Bewegungsabläufe (der Griff nach dem Schraubenkasten) und Positionen (ist die Arbeitsplatte hoch genug für die Montage?) mit einer sehr realitätsnahen Simulation getestet und im Team diskutiert werden. Um dessen Interaktion zu fördern und sogar zu intensivieren, zeigt der Bildschirm, was der Träger der Datenbrille sieht und bezieht so das gesamte Team mit ein.

Mit Augmented Reality Arbeitsplätze planen

Der Mixed-Mock-Up wird es zukünftig Projektteams ermöglichen, ihre Planungsszenarien am Papp-Mock-Up immer in Kombination mit den aktuellsten Konstruktionsständen des neuen Produktes durchzuspielen, das später am realen Montagearbeitsplatz gefertigt werden soll. Um die Prototypen in verschiedenen künftigen Planungsprozessen wiederzuverwenden, werden sowohl der Aufbau des Papp-Mock-Ups als auch Standard-Werkzeuge und -Bauteile digital archiviert. Entwicklerteams steht künftig das geplante Montagesystem digital in einer Bibliothek zur Verfügung, so dass neben der Nachvollziehbarkeit auch Best-Practice-Lösungen übernommen werden können. Dies erleichtert den Konstrukteuren eine montagegerechte Produktgestaltung von Anfang an.

Das Potenzial für eine frühzeitige, effiziente und realitätsnahe Produktionssystemplanung liegt auf der Hand: Durch die direkte Verfügbarkeit der digitalen Bauteile und Werkzeuge zum aktuellen Konstruktionsstand und in beliebiger Anzahl sowie den Zugriff auf eine Bibliothek mit Standard-Bauteilen wird der Aufbau und Test von Produktionssystemen deutlich schneller und zuverlässiger. Besonders das Erstellen von Prototypen in internationalen Teams wird, etwa durch weniger Reiseaufwand, deutlich effizienter. „Da wir stets den aktuellen Konstruktionsstand vor Augen haben, können wir mit dem Mixed-Mock-Up die Produktionslinie künftig wesentlich früher, parallel zur Produktentwicklung, entwerfen und ausarbeiten. Wir kombinieren das kreative Potenzial in der kollaborativen Arbeit mit der Geschwindigkeit digitalisierter Produktentwicklung“, erläutert Matthias Pretzlaff, Leiter der Abteilung Operational Excellence & Industrial Engineering im Werk 2 bei Hella und Projektleiter für das Teilprojekt Mixed-Mock-Up.

Die Zusammenarbeit im Projektteam, aber auch die Kommunikation zwischen Produktion und Entwicklung wird deutlich verbessert. Konstrukteure werden beispielsweise direkt in den Mock-Up-Aufbau einbezogen, weil sie aktuelle Konstruktionsdaten liefern. Die Technologie Augmented Reality setzt der Kreativität im Team erst einmal keine Grenzen. Und schließlich können Planungsszenarien beliebig oft wiederverwertet oder abgewandelt werden. Derzeit befindet sich der Mixed-Mock-Up in der Testphase, denn einige Baustellen gibt es noch. „Wenn wir es schaffen, die virtuellen Modelle in der AR-Umgebung noch anwendungsfreundlicher zu navigieren, sind wir zuversichtlich, die Projektergebnisse kurzfristig in unsere Entwicklungsprozesse integrieren zu können“, sagt Dr. Michael Niehues, Mitarbeiter im Mixed-Mock-Up-Projektteam bei Hella. Das Projekt Mixed-Mock-Up bei Hella zeigt konkret auf, welche Möglichkeiten die Digitalisierung für die Arbeitswelt bietet. Sie ermöglicht effizientere, interdisziplinäre und auch kreativere Arbeiten.

Mixed-Mock-Up auf der Hannover Messe testen

Die Zusammenarbeit von Hella und Fraunhofer IEM im Verbundprojekt „IviPep - Arbeit 4.0 in der Produktentstehung“ wird im Rahmen des Programms „Zukunft der Arbeit“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Europäischen Sozialfonds (ESF) gefördert. Auf der Hannover Messe können Besucher auf dem it’s-OWL-Gemeinschaftsstand die Datenbrille selbst testen und sich in die Rolle der Montagearbeitsplatz-Planer bei Hella hineinversetzen. Ihre Aufgabe wird es sein, Bauteile aus Behältern zu entnehmen und in den Vorrichtungen virtuell zu montieren.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Elektrotechnik.de.

* *Michael Bansmann, Kirsten Harting, Fraunhofer IEM

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