Augmented Reality und Virtual Reality – auch wenn ihre genaue Bedeutung sicher nicht jedem geläufig ist, dürfte in der heutigen Zeit zumindest jeder schon einmal von diese beiden Begriffen gehört haben. Und dies zumeist vor allem im Zusammenhang mit Videospielen wie Pokémon Go, TV und Filmen. Oder womöglich auch mit Blick auf Architektur, Sport, Medizin, Navigation, (Flug und Fahr-)Simulation, Lernen, Kunst, Fotografie oder Unterhaltung insgesamt.
Doch sowohl die erweiterte (augmented) als auch die virtuelle Realität haben längst auch Einzug in die Industrie gehalten. Dort werden sie unter anderem in den Bereichen industrielle Anwendungen, Wartung, Medizin, Lernen oder Arbeitsschutz genutzt.
Doch was bedeuten die beiden Begriffe eigentlich genau?
Unter Augmented Reality versteht man grundsätzlich die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Und diese kann zunächst einmal alle menschlichen Sinne ansprechen. In der Regel wird jedoch unter erweiterter Realität lediglich die visuelle Darstellung von Informationen verstanden. Also die Ergänzung von Bildern oder Videos mit eingeblendeten, überlagernden computergenerierten, digitalen Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten. Hier eignen sich zum besseren Verständnis Beispiele aus dem Sport: So bedeutet bei Fußball-Übertragungen die erweiterte Realität beispielsweise das Einblenden von Entfernungen bei Freistößen mithilfe eines Kreises oder einer Linie. Beim Skispringen oder in der Leichtathletik können auf ähnliche Weise Weiten dargestellt werden, die es zu übertreffen gilt.
Diese augmented Reality ist dabei eine Mischform aus physikalischer Realität und virtueller Realität (kurz: VR). Die Zweitgenannte ist wiederum die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung. Um diese Art der Realität zu erzeugen, wird speziell zu diesem Zweck entwickelte Software benötigt. Die betreffenden Programme müssen in Echtzeit dreidimensionale Welten erzeugen können. Dies erfolgt in der Regel getrennt für das rechte und linke Auge des Betrachters sowie mit mindestens 25 Bildern pro Sekunde. Dieser Wert kann je nach Komplexität der betreffenden Anwendung variieren. Für die Betrachtung dieser VR wird im Regelfall eine entsprechende Brille benötigt, die diese entsprechend darstellen kann.
Es besteht Optimierungsbedarf
Grundsätzlich gibt es in den Bereichen AR und VR noch einige Hürden, die in Zukunft genommen und Dinge, die optimiert werden müssen. So gibt es in technischer Hinsicht immer noch Probleme mit Tracking oder Darstellungsverzögerungen der Bilder. Ein weiteres Problem gibt es bei der Energieversorgung. So reichen momentan die verfügbaren Akkus noch nicht aus, um mobile Augmented-Reality-Systeme allzu lange zu versorgen. Auch die Verfügbarkeit und die Komplexität von Daten können problematisch sein. So sind manche Daten – beispielsweise bei der Einbettung der AR in das direkte Umfeld – nicht immer vorhanden.
Doch kommen wir zurück zur Anwendung von AR und VR in der Industrie im weitesten Sinne.
Hier können die beiden Realitäten in vielen Bereichen von entscheidendem Mehrwert sein. So unter anderem bei industriellen Anwendungen, bei denen unter anderem digitale Planungsdaten effizient mit vorhandenen realen Formen mittels AR abgeglichen werden können. Die Technik ermöglicht ferner den breiten Einsatz von digitalen Absicherungsmethoden bei der Kombination von digitalen Daten mit realen Prototypen bzw. Konstruktionen.
Einzug in die Prozessindustrie
Einzug in die ProzessindustrieWas jedem Fußballfan – wie eingangs erwähnt – längst als eingeblendete Torentfernung zur Information beziehungsweise Verifizierung vertraut ist, hält längst auch Einzug in der Prozessindustrie. Dort erleichtert AR auf einem Tablet-PC zum Beispiel das Auffinden und die eindeutige Identifikation von Anlagenkomponenten. Oder eben das komfortable, übersichtliche Auslesen von Gerätedaten jenseits der oft kleinen oder schwer erreichbaren Gerätedisplays. Auch Kalibrierdaten, Messbereichs- und Statusinformationen oder Alarme stehen so überall und stets aktuell zur Verfügung. Schon heute sind viele dieser Informationen auch mit dem Smartphone abrufbar. So beispielsweise etwa bei Betriebsbesprechungen oder – je nach Entfernung und Netztechnologie – auf dem Heimweg oder am heimischen Schreibtisch des Betriebsleiters (lesen Sie auch: „Mobile HMI & Augmented Reality: mehr sehen, besser entscheiden“).
Dem Anwender werden Daten aus allen Bereichen der Automatisierungspyramide über Augmented Reality direkt und einfach auf dem mobilen Gerät angezeigt. Eine sichere Identifikation durch NFC, QR oder OCR von Assets im Feld kann etwa folgenschweren Fehlern vorbeugen. Auch Personal, welches kein dediziertes Wissen über die Anlage besitzt, kann sich so sehr schnell, fehlerfrei und zielgerichtet in der Produktion zurecht finden. Dahinter verbergen sich große Kosteneinsparpotenziale. Nachweislich lässt sich der Zeitbedarf für Wartungseinsätze bis um die Hälfte senken.
Grundsätzlich sind folgende Lösungen dank AR als sinnvolle Ergänzung zu Remote Operations möglich:
- Erfassung und Integration über das Werk verteilter Betriebs- und Wartungsinformationen
- Darstellung und Protokollierung von Informationen für die Arbeiten vor Ort mit AR-Technologie und mobilen Geräten
- Analyse der erfassten Aufzeichnungen, um die Wartungsarbeiten in der Anlage besser zu managen
Folgende Vorteile kann AR für die Anlage mit sich bringen:
- Verbesserte Wartungseffizienz und -qualität (reduzierte Begehungszeiten, Wartungskosten und Produktionsverluste)
- Verkürzte mittlere Reparaturzeiten (MTTR) durch visuelle Erfassung der notwendigen Informationen in Echtzeit vor Ort
- Die Entscheidungsfindung wird beschleunigt, indem das Management die Möglichkeit erhält, die notwendigen Daten jederzeit im bevorzugten Format anzuzeigen
Mehrwert für Safety und Security
Daneben kann diese erweiterte Realität grundsätzlich zum Beispiel bei der Wartung oder Planung von Industrieanlagen zur Navigation im Gebäude, im Freien, im Auto oder im Flugzeug sowie zur interaktiven Analyse genutzt werden. Flug- und Fahrsimulatoren sind weitere Anwendungsgebiete der erweiterten Realität.
Auch oder gerade im Bereich Safety und Security können Augmented und Virtual Reality deutlichen Mehrwert liefern. So können Objekte mit immer besserer Hardware und Software auch Personen durch Gesichts-, Sprach- oder Kleidungserkennungssoftware in Anwendungen für erweiterte Realität eingebunden werden. Auch die virtuelle oder erweiterte Darstellung der unmittelbaren Umgebung einer Industrieanlage inklusive der existierenden Bebauung, dem Verkehrsnetz und weiteren Faktoren kann hilfreich bei der Risikoeinschätzung sowie deren Minimierung sein.
Insgesamt kann die VR natürliche Arbeitssysteme simulieren. Beschäftigte erleben realitätsnah in einer virtuellen Arbeitsumgebung den Umgang mit simulierten Anlagen, Maschinen und Arbeitsmitteln. Die virtuelle Arbeitsumgebung erscheint dabei in ihrer natürlichen Größe, technische Prozesse laufen kontinuierlich und in Echtzeit. Bewegungen in dieser Umgebung lassen sich von Maschinen oder Personen direkt steuern.
Simulieren, analysieren, optimieren
Analog dazu lassen sich mit virtueller Realität alle Phasen des Produktlebenszyklus simulieren, analysieren und optimieren: von der Konstruktion über den Einsatz bis hin zur Entsorgung. Mit VR im Arbeitsschutz kann man:
- die Gebrauchstauglichkeit (Usability) von Produkten und Prozessen bereits während ihrer Entwicklung und Konstruktion überprüfen und verbessern. Das vermeidet Fehlentwicklungen und nachträglichen Veränderungsaufwand.
- Gestaltungslösungen zur Mensch-System-Interaktion und ihren Einfluss auf menschliches Verhalten systematisch und empirisch untersuchen. Dies reduziert Umbauten an Maschinen und aufwendige Feldstudien.
- potenziell gefährliche Produkte, Prozesse und Schutzkonzepte gefahrlos testen. Dies verhindert tatsächliche Gefährdungen während der Mensch-System-Interaktion.
- Ursache-Wirkungs-Beziehungen nach Unfällen an und mit Produkten ermitteln. Dies spart materiellen, personellen, zeitlichen und finanziellen Aufwand für Vor-Ort-Untersuchungen.
Blick in die Zukunft
Ausblick: Im Hinblick auf die (Prozess-)Industrie bergen AR und VR immenses Potenzial. Drahtlose Kommunikation und erweiterte Realität bieten Arbeitserleichterung und mehr Sicherheit, erfordern jedoch bisweilen ein Umdenken bezüglich der Gestaltung von Arbeitsabläufen. Selbst wenn der betriebliche Nutzen unbestritten ist, muss doch auch der Benutzer individuell motiviert werden, die neuen Möglichkeiten zu nutzen beziehungsweise sein Nutzungsverhalten anzupassen. Je größer die Bereitschaft zur Anpassung ist, desto schneller gibt es Mehrwert.
Stärkere Verschmelzung
Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass AR und VR auch künftig immer enger mit der tatsächlichen Realität verwoben werden. Dieser Umstand kann sich auf alle bereits erwähnten Bereiche auswirken und beginnt mit einer möglichen Erweiterung von PC-Betriebssystemoberflächen in die reale Umwelt. So werden Programmfenster und Icons als virtuelle Geräte im realen Raum dargestellt und durch Blicke oder Fingergesten bedient. Dieser Umstand könnte grundsätzlich zum Ersatz herkömmlicher Bildschirme durch die direkte Einblendung in die Umwelt führen. Außerdem kann eine erweiterte Realität für multimediale Anwendungen wie pseudo-holografische virtuelle Bildschirme oder virtuelles Surround-Kino genutzt werden. Daneben ist auch eine virtuelle Verschönerung unserer Umwelt möglich. So zum Beispiel durch die Darstellung virtueller Pflanzen, Gebäuden, Ausblicke, Kunstwerke, Dekorationen oder Beleuchtung. Gleiches könnte auch virtuelle Schaufenster, Plakate oder Verkehrsschilder gelten. Möglich erscheint zudem ein Verschmelzen von Virtual und Augmented Reality. Dann könnte der User auf einem Endgerät zwischen den Formen wechseln.
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