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Augmented und Virtual Reality im Feld

Immersive Kompetenz zur Schulung des Wartungspersonals am Controller C300 (Bild: Honeywell Process Solutions)

Immersive Kompetenz zur Schulung des Wartungspersonals am Controller C300 (Bild: Honeywell Process Solutions)

Kompetenz durch erweiterte und Virtuelle Realität (Bild: Honeywell Process Solutions)

Kompetenz durch erweiterte und Virtuelle Realität (Bild: Honeywell Process Solutions)

Heutige Spezialisten in industriellen Anlagen müssen ein breites Anforderungs- und Systemspektrum abdecken. Die Tage, in denen Feldtechniker allein auf ihre Erfahrungen oder umfangreiches Training zur Erledigung ihrer Aufgaben bauen konnten, sind vorbei. Mixed-Reality-Technologien, wie AR und VR, können die Arbeit der Mannschaften und Wartungstechniker in industriellen Anlagen unterstützen.

Der Arbeitsumfang der Techniker im Feld ist gewachsen und umfasst alte und moderne sowie mechanische und elektronische Systeme. Häufig enthalten diese Systeme spezifische Softwarelösungen, die zusätzliche Kenntnisse erfordern, und das, obwohl gleichzeitig die Aussichten auf Stillstände, Schulungen und Betreuungen abnehmen. Wie also mit den Themen Effizienz, Produktivität und Sicherheit im Feld umgehen, wenn die Spezialisten vor Ort möglicherweise mit dem Tempo, in dem detaillierte Expertisen über System, Prozess und Sicherheit gefordert sind, nicht Schritt halten können? Und wie soll die drohende Kompetenzlücke adressiert werden, wenn erfahrenes Personal in Ruhestand geht und jüngere Mitarbeiter noch nicht ausreichend geschult sind, um die gleichen anspruchsvollen und erweiterten Anforderungen zu erfüllen? Technische Hilfsmittel können hier helfen, nur sollte genau ausgewählt werden, welche davon auch tatsächliche Effekte mit sich bringen.
Das Lernen verändert sich
Während einiger detaillierter Betrachtungen neuer Wege zur Adressierung der Kompetenz im Feld sowie im Rahmen von Gesprächen mit Kunden und deren Mitarbeitern wurde deutlich, dass die Lernmethoden sich über die Jahre zwar wesentlich verändert haben, die Grundlagen in den Industrieanlagen aber weiterhin unverändert geblieben sind: Erstens, die Bedeutung des Lernens über das Vertrauen zu den Ausbildern, zu Fachexperten und Kollegen wird bei zunehmender Komplexität immer wichtiger. Während ein breiteres Spektrum durch den Feldtechniker zu bearbeiten ist und gleichzeitig weniger Zeit für persönliche Schulungen oder andere Interaktionen zur Verfügung steht, fördern die im Rahmen von Industrie 4.0 bereitgestellten Möglichkeiten der Zusammenarbeit eine Verbesserung des sozialen Umfelds und helfen bei der Bearbeitung der Probleme. Zweitens, der Bedarf an praktischen Schulungen wird nicht wegfallen. „Man kann nicht Auto fahren lernen, indem man ein Buch liest“, ist ein treffendes Beispiel von Feldtechnikern, um herauszustellen, dass sie in ihrem Bereich mit ihren Händen lernen. Abschließend, die Redensart „wir haben keine Zeit für Schulung“ wird immer noch verwendet. Dies galt vor 20 Jahren, und es gilt vermehrt heute, obwohl Qualifikationsdefizite bereits im Feld gesehen werden. Wir haben auch zur Kenntnis genommen, dass die Aussage von Millennials (die Generation nach der Jahrtausendwende) über die Notwendigkeit eines sofortigen Zugangs zu Informationen in allen Altersgruppen anzutreffen ist. Anstatt einer langfristigen Abspeicherung und dem Aufbau der Kompetenz über Jahre hinweg möchte man sofort zum Experten werden: Der Satz „Sag mir, wie ich es machen soll, damit ich weitermachen kann“, wurde häufig vernommen.
VR und AR für mehr Lern- und Einsatzeffizienz
Unsere Erfahrungen mit Mitarbeitern in der Industrie haben klar zum Ausdruck gebracht, dass praktische Schulungen gegenüber alternativen Methoden wie dem passiven Beobachten von Ausbildungskräften oder von Lernvideos sowie dem Lesen eines Handbuchs bevorzugt werden. Außerdem besteht ein ausgeprägter Bedarf nach kürzeren, zielgerichteten Anweisungen, die je nach Bedarf abrufbar sind. Virtuelle und erweiterte Technologien sind ideal geeignet, diese speziellen Anforderungen zu erfüllen. Reale und virtuelle Welten verschmelzen miteinander und bilden eine neue Umgebung, in der physische (reale) und digitale (virtuelle) Objekte koexistieren und interagieren. Zusätzlich ermöglichen sie es, den Lernprozess flexibler und kürzer zu gestalten und schneller Ergebnisse zu erzielen. Ein Beispiel für diese Effizienzverbesserung gegenüber konventionellen papierbasierten Lern- und Ausbildungsmethoden liefert der Flugzeughersteller Boeing, der mit AR-basierten Schulungen die Produktivität und Qualität komplexer Fertigungsprozesse verbessert. In einem Versuchsprojekt wurden die Schulungsteilnehmer mit AR-Unterstützung durch die 50 Schritte geleitet, die für die Montage eines 30 Teile umfassenden Abschnitts einer Flugzeugtragfläche notwendig sind. Die Teilnehmer benötigten gegenüber einer Montage mithilfe von 2D-Zeichnungen und schriftlicher Dokumentation 35 % weniger Zeit. Darüber hinaus stieg bei den Mitarbeitern mit keiner oder wenig Erfahrung die Zahl derer, die die Aufgabe beim ersten Mal richtig erledigten, um 90 %.
AR- und VR-Technologien halten zunehmend Einzug in alle Bereiche von Unternehmen, seien es Ingenieure in der Produktentwicklung, die von global verteilten Standorten aus am gleichen, in den Raum projizierten Modell eines Autos arbeiten, das Marketing und der Verkauf, die entsprechenden Technologien für die Präsentation von Produkten in verschiedenen Konfigurationen nutzen oder Servicetechniker, die mithilfe von virtuellen Schritt-für-Schritt-Anleitungen Geräte und Maschinen im Feld warten und reparieren. Laut IDC könnten die Gesamtausgaben für AR/VR im Jahre 2021 bei etwa 215 Mrd. US-$ liegen. [1]
Vor allem der Servicebereich ist einer der hauptsächlichen Treiber der technologischen Entwicklung und Adaption, da sich dank der Anleitungen nicht mehr jeder Mitarbeiter detailliert mit den zu wartenden Maschinen auskennen muss und die dicken, zeitraubenden Handbücher und Bedienungsanleitungen entfallen – vor allem in Zeiten des zunehmenden Fachkräftemangels ein möglicher Heilsbringer für die Industrie. Neben dem Servicebereich ist der Bereich Ausbildung einer der weiteren Treiber für AR- und VR-Technologien. Hier ist es vor allem die praktische Interaktion, die den Benutzer in die Lage versetzt, Aufgaben besser zu üben und im Gedächtnis zu verankern als mit konventionellen, passiven Lernmethoden, ohne dabei Kompromisse bei der Sicherheit eingehen zu müssen. Das gilt vor allem für den späteren Einsatz in Bereichen mit einem hohen Gefährdungsgrad. Ebenfalls kann der Einsatz in weit entfernten oder schwer zugänglichen Arbeitsstätten wie Bohrinseln unter realistischen Bedingungen trainiert werden.
Digitalisierte Daten und 3D-Modelle als Schlüssel
Für die praktische Umsetzung sind beide Wege denkbar – AR- und VR-Inhalte können von den Unternehmen mit speziellen Mixed Reality-Plattformen selbst erstellt oder von den Herstellern bestimmter Geräte, Maschinen und Anlagen mitgeliefert werden. Für den Bereich Ausbildung, speziell die Bedienung bestimmter Systeme, bietet sich vor allem letztere Option an, da der Hersteller am besten weiß, welche Schritte beim Warten, Zerlegen oder Zusammenbauen zu erledigen sind. Geht es um die virtuelle Abbildung von Prozessen, etwa der Steuerung von industriellen Systemen in Leitwarten oder den Reaktionsabläufen im Falle einer technischen Störung oder eines Zwischenfalls, ist auch der Anwender gefordert. Schließlich kennt er seine Prozesse und Abläufe am besten. In diesen Fällen werden die Trainingsinhalte meist gemeinsam entwickelt, damit die Szenarien so realistisch wie möglich sind.
Ganz gleich aber, ob mitgeliefert, selbst oder in Zusammenarbeit entwickelt – eine Grundanforderung gibt es in jedem dieser Bereiche: digitalisierte 3D-Daten. Je nach Szenario können das 3D-Produktdaten sein, beispielsweise wenn das Zerlegen und Wiederzusammenbauen eines Motorrads oder einer Handkreissäge geübt werden soll. Neben den Produktdaten gilt es, die Prozessschritte festzulegen und als Schritt-für-Schritt-Anweisung abzubilden. Gleiches gilt für Wartungsszenarien industrieller Systeme und Anlagen. Sollen komplette Trainingsszenarien in einer virtuellen Umgebung entwickelt werden, braucht es zudem 3D-Modelle der Räume und Anlagen, beispielsweise einer Leitwarte, in der sich die Schulungsteilnehmer später virtuell bewegen werden. Das alles ist momentan einfacher gesagt als getan. Eine der großen Hausaufgaben, die die Digitalisierung mit sich bringt, ist die Migration von oft noch auf Papier existierenden Daten und Zeichnungen in digitale Systeme. Erst wenn diese Basis geschaffen ist und alle relevanten Prozessschritte definiert wurden, können AR- und VR-Anwendungen entwickelt und eingesetzt werden.
Ausblick
Wie in zahlreichen anderen Bereichen auch, haben Industrieunternehmen noch zahlreiche Hürden zu nehmen, wenn sie ihre aktuellen und neuen Feldtechniker auf dem höchsten Kompetenzniveau halten wollen. Sie müssen teure Leit- und Sicherheitssysteme anschaffen und pflegen, einschließlich Hardware, Software und Infrastruktur, nur um ihr Personal qualifiziert schulen zu können. Außerdem ist die Kompetenz in speziellen kritischen Situationen heutzutage kaum messbar. AR- und VR-Technologien als Bestandteil eines Schulungssystems helfen dabei den Trainingsaufwand zu senken und erfassen darüber hinaus direkt den Kompetenzstatus der jeweiligen Kandidaten. Viel mehr noch, sie bieten Zugang zu den Informationen, die Feldspezialisten zur Durchführung komplexer Aufgaben an kritischen Systemen benötigen, und das auf Abruf, jederzeit und überall. Die Technologien und Plattformen zur Umsetzung sind schon längst vorhanden und können schnell eingesetzt werden – digitale Daten und 3D-Modelle von Produkten, Systemen, Räumen oder ganzen Anlagen vorausgesetzt. Zwar sind die derzeit existierenden Datenbrillen aufgrund ihrer ergonomischen Eigenschaften noch eher wenig für den achtstündigen Dauereinsatz, etwa in Lagern oder Distributionszentren geeignet, für kürzere Service- und Ausbildungseinsätze, aber allemal. Und selbst der Dauereinsatz ist nur eine Frage der Zeit – erstens, weil die Datenbrillen kleiner und leichter werden und zweitens, da es mit den sogenannten Headmounted Displays (HMD) bereits heute Technologien gibt, die wesentlich kompakter sind, während sie Daten direkt auf die Netzhaut des Anwenders projizieren.

Literatur
[1] Porter, M. E. Harvard University; Heppelmann, J.: Why every organization needs an AR strategy. Harvard Business Review, November-Dezember 2017

Annemarie Diepenbroek ist Senior Product Manager bei Honeywell Process Solutions. E-Mail: industrieautomation@honeywell.com

Cloudbasiertes Simulationswerkzeug

Honeywell bietet mit Connected Plant Immersive Competency ein cloudbasiertes Simulationswerkzeug an, das eine Kombination aus Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) zur Schulung des Anlagenpersonals bei kritischen industriellen Arbeitsschritten einsetzt. Das Produkt wurde derart konzipiert, dass neue Industriemitarbeiter durch verbessertes Training und die Bereitstellung in einer neuen, zeitgemäßen Form schnell auf den erforderlichen Kenntnisstand gebracht werden. Die Trainingssimulation nutzt unterschiedliche Realitätsformen in Verbindung mit Datenanalysen und der 25-jährigen Honeywell-Erfahrung beim Management der Mitarbeiterkompetenz zur Gestaltung einer interaktiven Umgebung für die betriebliche Ausbildung. Für die Wiedergabe der Inhalte werden eine Microsoft Hololens sowie Windows-Kopfhörer für gemischte Realitäten verwendet.