Fabrikplanung 5.0: Durchgängige Layoutplanung in und mit der Virtuellen Realität

Um eine hohe Effizienz der Fabrikplanung zu gewährleisten, müssen Fabriklayouts mit niedrigem Aufwand bei gleichzeitig bester Qualität erstellt werden. Hierfür sind Fabrikplanungsprogramme erforderlich, die über einen hohen Funktionsumfang verfügen, von Fachleuten verschiedener Disziplinen leicht bedient werden können und gleichzeitig einen möglichst geringen Aufwand in der Erstellung der Layouts erfordern. Die mittlerweile etablierte Technik von VR mit ihren sehr präzisen Eingabegeräten eröffnet diesbezüglich weitgehende gestalterische Potenziale, die Benutzer in die Lage versetzt, auf natürliche Art eigene Ideen umzusetzen. Ziel der Arbeit ist es, eine durchgängige virtuelle Layoutplanung zu realisieren. Dazu wird zunächst der dafür notwendige Forschungs- und Entwicklungsbedarf identifiziert. Benötigt werden Konzepte für die übergeordneten Anforderungen: Informationsbereitstellung, Übersichtlichkeit und Interaktion, sowie für funktionelle und konzeptionelle Anforderungen zur Gestaltung von Layouts in und mit der VR. Zur Erfüllung dieser Anforderungen wird eine virtuelle Planungsumgebung entwickelt und prototypisch umgesetzt. Zentrales Element dieser Umgebung ist ein virtueller Planungstisch, der jede Planungsebene darstellen kann. Dieser vermittelt den vollständigen Überblick über die Planungsszene und dient der Platzierung von Objekten. Dem Benutzer ist es somit möglich, auf fast natürliche Art und Weise Objekte in einem digitalen Layout zu platzieren. Die so gestalteten Layouts lassen sich gleichzeitig auch in Originalgröße virtuell betreten und dort weiter im Detail bearbeiten. Dadurch entfallen bisher verwendete analoge Verfahren wie Probeaufbauten aus Holz und Pappe. Da sich Objekte in der VR aus Bauteilbibliotheken entnehmen und in beliebiger Anzahl reproduzieren lassen, entfallen Zeit und Kosten für den Bau analoger Modelle. Weiterhin lässt sich jederzeit auf bisherige Bestandsdaten oder Planungen zurückgreifen. Diese können realitätsnah in VR sofort weiterbearbeitet werden. Konzepte zur partizipativen Planung ermöglichen es Benutzern innerhalb der virtuellen Welt zusammenzukommen und gemeinsam ein Fabriklayout zu gestalten. Dabei sind sie ortsunabhängig, d.h. sie können sich sowohl im selben Raum, als auch weltweit an jedem anderen Ort befinden. Die Materialflusssimulation ermöglicht die simulative Absicherung von Maschinenanordnungen. Sie wird bisher entweder im Vorfeld einer Planungssitzung oder danach durchgeführt. Eine bidirektionale Kopplung zur virtuellen Planungsumgebung ermöglicht sowohl den automatischen Aufbau von Simulationsmodellen in der VR als auch die Rückführung von Layoutänderungen in das Materialflusssimulationsprogramm während der VR-Planungssitzungen. Dies spart gegenüber einer manuellen Übertragung Zeit und garantiert eine fehlerfreie Ausgangsbasis von VR-Planungssitzungen. Dies bedeutet, dass die simulative Absicherung von Layoutvarianten auch während einer Planungssitzung durchgeführt werden kann. Eine Visualisierung von Materialflusszusammenhängen innerhalb der VR liefert dem Planer die notwendigen Informationen über die Bearbeitungsreihenfolgen von Werkstücken. Die Berechnung kürzester Wege zwischen Bearbeitungsstationen bietet darüber hinaus die Möglichkeit, Layouts zu optimieren, Engpässe zu identifizieren und diese aufzulösen. Durch eine prototypische Systementwicklung konnte gezeigt werden, dass eine Gestaltung von Fabriklayouts über alle Planungsebenen hinweg in und mit VR realisierbar ist. Mit diesem Prototyp wurden verschiedene Anwendertests sowohl im Labor, als auch anhand eines realen Praxisbeispiels durchgeführt. Basierend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurde die Gesamtmethodik schrittweise optimiert und weiterentwickelt. Mit der Entwicklung der Gesamtmethodik Fabrikplanung 5.0 wurde nachgewiesen, dass die durchgängige digitale Layoutplanung in und mit der VR den Planungsprozess entscheidend verbessern, vereinfachen und beschleunigen kann.To ensure a high efficiency in factory planning, factory layouts must be created with low expense while maintaining the best quality. This requires factory planning programs that have a high range of functions, can be easily operated by specialists from different disciplines, and at the same time require as little effort as possible in creating the layouts. The now established technology of VR with its very precise input devices opens up extensive design potential in this respect, enabling users to implement their own ideas in a natural way. The goal of this work is to realize a consistent virtual layout planning. To this end, the necessary research and development requirements are first identified. Concepts for the superordinate requirements are needed: Information provision, clarity and interaction, as well as for functional and conceptual requirements for the design of layouts in and with VR. To fulfill these requirements, a virtual planning environment will be developed and prototypically implemented. The central element of this environment is a virtual planning table that can represent each planning level. This provides a complete overview of the planning scene and is used to place objects. The user is thus able to place objects in a digital layout in an almost natural way. At the same time, the layouts designed in this way can also be virtually entered in their original size and further processed in detail there. This eliminates the need for previously used analog methods such as test constructions made of wood and cardboard. Since objects in VR can be taken from component libraries and reproduced in any number, the time and cost of building analog models is eliminated. Furthermore, previous inventory data or planning can be accessed at any time. These can be immediately processed in VR in a realistic manner. Concepts for participatory planning enable users to come together within the virtual world and jointly design a factory layout. In doing so, they are location-independent, meaning they can be in the same room as well as anywhere else in the world. Material flow simulation enables the simulative validation of machine layouts. Until now, it has been carried out either in advance of a planning session or afterwards. A bidirectional coupling to the virtual planning environment enables both the automatic building of simulation models in VR and the feedback of layout changes into the material flow simulation program during VR planning sessions. This saves time compared to manual transfer and guarantees an error-free starting point of VR planning sessions. This means that the simulative validation of layout variants can also be performed during a planning session. A visualization of material flow correlations within VR provides the planner with the necessary information about the machining sequences of workpieces. The calculation of shortest paths between processing stations also offers the possibility of optimizing layouts, identifying bottlenecks and resolving them. Through a prototypical system development it could be shown that a design of factory layouts across all planning levels can be realized in and with VR. With this prototype, various user tests were carried out both in the laboratory and on the basis of a real practical example. Based on the knowledge gained from these tests, the overall methodology was gradually optimized and further developed. With the development of the overall methodology Factory Planning 5.0, it was proven that consistent digital layout planning in and with VR can decisively improve, simplify and accelerate the planning process

Virtual Reality und Augmented Reality als Werkzeug in der Aufstellplanung

Aus Einleitung und Motivation "Die gegenwärtigen Entwicklungen von Head-Mounted Displays (HMD, hier synonym auch als Brille bezeichnet) für Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) schaffen ein nie da gewesenes Potential dieser Technologien als Werkzeuge in der Produktentwicklung. Wenngleich VR- und ARAnwendungen keineswegs neu in der Industrie sind, bringt der Fortschritt der Verbraucher-HMDs völlig neue Möglichkeiten. Immersive VR-Systeme bedeuten künftig keine hunderttausend Euro Anschaffung mehr – AR-Brillen dienen zukünftig nicht nur der Erweiterung der Realität mit zweidimensionalen Informationen. Cave Automatic Virtual Environments (CAVE), 360-Grad-Projektoren und interaktive Planungstische sind in der Fabrikplanung teilweise etabliert (Runde et al. 2015). Im Unterschied zu diesen Techniken können HMDs jedoch eine deutlich höhere Immersion ermöglichen, was auch für die Interaktion mit der virtuellen Umgebung von Vorteil sein kann. Das Gefühl der Immersion ist wichtig, um in bestimmten Entwicklungsphasen entsprechende Kriterien besser beurteilen zu können. Primär ist der VR-Einsatz für Bewertungsmerkmale sinnvoll, welche nur qualitativ und nicht quantitativ bewertbar sind (Pawellek 2014). Des Weiteren spielt auch die Eingabetechnologie eine essenzielle Rolle. Um mit virtuellen Elementen interagieren zu können, sollte das Eingabegerät echtzeitfähig und intuitiv sein. ...

Metaverse – immersive, cyberphysische Welten

Unter dem Begriff Metaverse werden mögliche Erscheinungsformen immersiver, cyberphysischer Welten diskutiert. Aufmerksamkeit bekommt das Thema insbesondere infolge der 2021 bekannt gewordenen Umbenennung des US-Konzerns Facebook in Meta. Verbreitet sind Anwendungen des Metaverse bislang vor allem in der Spieleindustrie. Erste Einzelhändler unternehmen bereits Versuche, im Metaverse Filialen zu eröffnen und hier neue Vertriebswege aufzubauen. Auch Industrieunternehmen entwickeln Metaverse-Anwendungen, die hier z. B. die Entwicklung neuer Produkte in einem virtuellen Raum möglich machen sollen. Technisch basiert das Metaverse auf der Konvergenz unterschiedlicher Technologien. Dazu zählen bandbreiten- und leistungsstarke Mobilfunknetze, Edge Computing, künstliche Intelligenz, Blockchain und Non-Fungible Token (NFTs), das Internet der Dinge, Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) sowie digitale Zwillinge. Neben ökonomischen Potenzialen werden einer zunehmenden Diffusion des Metaverse auch gesellschaftliche Potenziale beigemessen, etwa im Gesundheitsbereich. Eine systematische Untersuchung dieser Potenziale ist bislang nicht erfolgt. Risiken ergeben sich insbesondere aufgrund des immersiven Charakters in einer virtuellen Welt erlebter Eindrücke. So könnten die Aufmerksamkeitsressourcen von Nutzer/innen stark beansprucht werden und infolge dessen Diskurse in der digitalen Öffentlichkeit noch anfälliger für Desinformation werden. Gerade für besonders schutzbedürftige Gruppen wie Kinder dürften sich die schon im Internet existierenden Gefahren wie Pädokriminalität verstärken. Für politische Entscheider/innen stellt sich die Herausforderung, wie vor dem Hintergrund einer bislang unzureichenden Evidenz die Potenziale des Metaverse für Wirtschaft und Gesellschaft genutzt werden können und gleichzeitig den Risiken wirksam und vorausschauend begegnet werden kann

Daten- und termingesteuerte Entscheidungsmethodik der Fabrikplanung unter Berücksichtigung der Produktentstehung

Die Fabrikplanung ist heute mit diversen Trends und Herausforderungen konfrontiert, wie beispielsweise der Planung nachhaltiger Fabriken oder der Integration von Produkt und Fabrik. Hierzu leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag, virtuelle Methoden termingesteuert in einen Planungsprozess zu implementieren. Anhand einer generischen Vorgehensweise wird die Integration des Planungsprozesses in die Produktentstehung definiert, was durch zwei Industriebeispiele validiert wird

Ein gebrauchstaugliches Augmented Reality-System für geometrische Analysen in der Produktentstehung

Augmented Reality beschreibt die Erweiterung der menschlichen Wahrnehmung der Realität durch virtuelle Zusatzinformationen. Die Technologie kann in der Produktentstehung für die gemeinsame geometrische Analyse physischer und virtueller Modelle eingesetzt werden. Sie verspricht damit großes Potenzial für eine engere Verzahnung physischer und virtueller Entwicklungsaktivitäten. Trotzdem werden Augmented Reality-Systeme heute kaum produktiv in der Produktentstehung eingesetzt. Eine genauere Betrachtung der bekannten Anwendungen bestätigt die Potenziale von Augmented Reality für geometrische Analysen in Bezug auf Qualität, Kosten und Zeit der Produktentstehung. Für die Durchführung von Augmented Reality-Analysen sind in der Literatur verschiedene Systemlösungen beschrieben, welche sich hauptsächlich durch die eingesetzten Komponenten zur Lagebestimmung unterscheiden. Die einzelnen Augmented Reality-Systemkomponenten scheinen für sich betrachtet zwar technisch weitestgehend ausgereift, die Systeme bieten allerdings selten einen für den Anwender durchgängigen Gesamtprozess. Die Bedienung ist in der Regel sehr komplex und erfordert viel spezifisches Fachwissen. Um Augmented Reality für geometrische Analysen in der Produktentstehung umfassend nutzbar zu machen, wird die Gebrauchstauglichkeit in den Mittelpunkt der folgenden Systementwicklung gestellt. Auf Basis einer ausführlichen Beschreibung des Nutzungskontextes werden die grundlegenden Anforderungen an ein gebrauchstaugliches Augmented Reality-System formuliert. Die möglichen Systemkomponenten werden bezüglich dieser Anforderungen bewertet und ausgewählt, die zugehörigen Prozesse werden aus Benutzersicht ausgestaltet und im Sinne einer möglichst hohen Gebrauchstauglichkeit strukturiert. Mit diesem Wissen wird eine Benutzerführung entwickelt, welche den Anwender durch den gesamten Untersuchungsprozess führt. Die Gebrauchstauglichkeit des so entwickelten Augmented Reality-Systems wird schließlich im Rahmen einer Probandenstudie evaluiert

Vernetzt planen und produzieren VPP 2006 : Tagungsband Chemnitz 14. und 15. September 2006: Vernetzt planen und produzieren VPP 2006 : Tagungsband Chemnitz14. und 15. September 2006

Vor dem Hintergrund sich immer schneller und stärker wandelnder Marktbedingungen gelten Netzwerke als die Unternehmensform des 21. Jahrhunderts. Sie erlauben insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen die Erhaltung und Erhöhung ihrer Wettbewerbsfähigkeit durch gezielte Kooperation und Bündelung ihrer Kompetenzen. Unternehmen benötigen dafür entsprechende Methoden und Instrumentarien. Diese stehen neben Theorien und Modellen im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten des Sonderforschungsbereiches (SFB) 457 „Hierarchielose regionale Produktionsnetze“ an der Technischen Universität Chemnitz. Zum nunmehr fünften Male findet am 14. und 15. September 2006 die Fachtagung „Vernetzt planen und produzieren – VPP 2006“ statt. Es werden auch in diesem Jahr die aktuellen Ergebnisse des SFB 457, weiterer nationaler und internationaler Forschungsarbeiten und -projekte auf dem Gebiet der Netzwerkforschung sowie Erkenntnisse und Erfahrungen der praktischen Umsetzung durch die Industrie von Wissenschaftlern und Praktikern vorgestellt und diskutiert. Als Referenten der Plenarveranstaltung werden Herr Prof. Kuhn von der Universität Dortmund, Herr Prof. Westkämper von der Universität Stuttgart, Herr Prof. Herzog von der Universität Bremen, Herr Prof. Nyhuis von der Universität Hannover und Herr Prof. Smirnov von der Russischen Akademie der Wissenschaften Sankt Petersburg in ihren Beiträgen verschiedene Aspekte von Netzwerken thematisieren. Neben den schon traditionellen Workshops zu verschiedenen Themenbereichen des Bildens und Betreibens von Netzwerken wird in diesem Jahr ein zusätzlicher Workshop zum Thema „Netzwerke und Cluster in der brasilianisch-deutschen Zusammenarbeit“ stattfinden. Dieser ist Teil des Besuches einer Delegation aus Vertretern der Regierung und Wirtschaft des brasilianischen Bundesstaates Bahia, die gemeinsam mit Vertretern des Bundesministeriums für Bildung und Forschung sowie des Sächsischen Ministeriums für Wirtschaft und Arbeit an der Tagung teilnehmen werden, um neue Kontakte zu schließen und weitere Kooperationsvorhaben zu initiieren. Die Tagung „Vernetzt planen und produzieren – VPP 2006“ ist gleichzeitig Abschlusskolloquium des SFB 457, welcher nach sieben Jahren intensiver und erfolgreicher Netzforschung dieses Jahr endet. Maßgeblichen Anteil am SFB 457 hatten die ehemaligen Sprecher Prof. Siegfried Wirth und Prof. Hartmut Enderlein

Interdisziplinäre Absicherung der Produktionsplanung in der Automobilindustrie

Die Automobilindustrie ist einer der bedeutendsten Industriezweige in Deutschland, die sich ständig im Spannungsfeld aus Qualität, Produktivität und Kosten bewegt. Der globale Wettbewerb führt zu kürzeren Innovations- sowie Produktzyklen – die Kundenanforderungen zu einer umfangreichen Individualisierbarkeit der Produkte. Die Produktkomplexität eines Automobils ist heutzutage enorm. Eine Komplexität, welche die Produktentwicklung, die Produktionsplanung sowie die Produktion ständig vor neue Herausforderungen stellt und in einem Streben nach Perfektion und kontinuierlicher Verbesserung mündet. Es ist beeindruckend zu durchleben, wie bei einem Produktionsanlauf alle Prozesse integriert werden und bei einer Serienfertigung ca. alle 90 Sekunden ein gefertigtes Fahrzeug vom Band läuft. Um einen effizienten Produktionsanlauf zu gewährleisten, wird dieser im Vorfeld abgesichert. In Bezug auf manuelle Montage¬umfänge findet dies in der sogenannten Produktionsvorbereitung statt, welche unter Beteiligung verschiedener Planungsbereiche interdisziplinär erfolgt. Die Produktionsvorbereitung ist der Serienentwicklung und Serienvorbereitung zugeordnet. In dieser Phase werden gemäß dem aktuellen Planungsstand physische Prototypen des Produktes stationsweise, mit den dazugehörigen Arbeitsinhalten, aufgebaut. Neben der Verifikation des eigentlichen Produktes dient diese Phase dazu, einen effizienten Produktionsanlauf sicherzustellen. Die Absicherung von Produkt und Produktion ist in der Automobilindustrie sehr gut etabliert und wird frühzeitig angewandt. Neben physischen Absicherungen werden vermehrt virtuelle Absicherungen durch den Einsatz von IT-Systemen und Simulationen eingesetzt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Phase der Produktionsvorbereitung und der damit verbundenen Absicherung des Produktionsanlaufs im Hinblick auf manuelle Montageumfänge in der Automobilindustrie. Im Fokus steht hierbei eine virtuelle Absicherung der Produktionsvorbereitung und die Unterstützung der Kollaboration und Dokumentation der interdisziplinären Produktionsvorbereitung.The automotive industry is one of the most important branches of industry in Germany, which is constantly operating in the area of conflict between quality, productivity and costs. Global competition leads to shorter innovation and product cycles – customer requirements lead to increasing individualization of products. The product complexity of a car is immense at present. A complexity that constantly raises new challenges for product development, production planning and manufacturing and results in a constant striving for perfection and continuous improvement. It is very impressive to see how all processes are integrated during a production start-up and how a manufactured vehicle rolls off the assembly line every 90 seconds in series production. In order to ensure an efficient production ramp-up, this is validated in advance. With regard to manual assembly scopes, this takes place in the so-called production preparation phase, which is an interdisciplinary process involving various planning departments. Production preparation is assigned to series development and series preparation. In this phase, physical prototypes of the product are built station by station according to the current planning state, with the corresponding work contents. In addition to the validation of the product, this phase is used to ensure an efficient production ramp-up. The validation of product and manufacturing is very well established in the automotive industry and is applied at an early stage. In addition to physical validation, virtual validation is increasingly used through the application of IT systems and simulations. This thesis deals with the phase of production preparation and the associated validation of the production ramp-up with focus on manual assembly in the automotive industry. The focus is on a virtual validation of the production preparation and the support of collaboration and documentation of the interdisciplinary production preparation

Mobile Assistenzsysteme in der Intralogistikplanung der Automobilindustrie – Gestaltung, Nutzen und Akzeptanz Augmented Reality-basierter Mensch-Maschine-Schnittstellen

Steigende Herausforderungen führen zu einem Wandel in der Automobilbranche. Die Kombination von Faktoren führt zu einem Anstieg der Komplexität in der Fahrzeugherstellung sowie des Produktionssystems. Die Intralogistik, ausgehend von der Komplexität der Automobilindustrie, steht ebenso Herausforderungen gegenüber. Eine Möglichkeit, um der Komplexität entgegen zu wirken, kann der Einsatz von innovativen Mensch-Maschine Schnittstellen in Form von mobilen Assistenzsystemen mit Augmented Reality sein. Im Bereich der Intralogistik, bezogen auf Augmented Reality, wird vermehrt die operative Intralogistik betrachtet. Obwohl auf dem Markt zahlreiche Technologien bestehen, existieren in der Intralogistikplanung keine flächendeckenden Anwendungen im Sinne eines mobilen Assistenzsystems mit Augmented Reality. Ausgehend davon wird in diesem Buch ein Use Case und darauf basierende Prototypen für eine Augmented Reality-basierte Intralogistikplanung in der Automobilindustrie entwickelt.New challenges such as the increasing pressure to innovate and the growth of individual requirements from customers as well as the increasing internationalization lead to a radical change in the automotive industry. This and further aspects cause an increase of vehicle manufacturing and of the production system complexity. Within the automotive industry, the intralogistics is important. Based on the complexity of the automotive industry, intralogistics also faces certain challenges. To counteract the increasing complexity, an innovative tool to support the intralogistics planning is essential. The usage of innovative human-machine interfaces as mobile assistance systems with augmented reality can be a possibility within intralogistics planning. The existing literature already contains many publications on Augmented Reality in general. Looking into the logistics domain, Augmented Reality is already quite frequently used for supporting operational logistics tasks, such as Augmented Reality-supported order picking. Whereas in the field of logistics planning, no comprehensive applications in terms of a mobile assistance system with augmented reality within a production hall can be identified. Based on this, this book presents a use case and prototypes for an augmented reality-based intralogistics planning within the automotive industry. The focus is the creation of a mobile assistance system supporting end-to-end augmented reality-based intralogistics planning in the assembly of the automotive industry. In order to design the use case, a systematic literature analysis is carried out and existing intralogistics planning processes are analyzed with the aim of defining the relevant planning processes for the use of the mobile assistance system. Two prototypes are implemented based on functional and non-functional requirements. The prototype implementation is based on a SLAM-based as well as a hybrid tracking approach. Furthermore, a field experiment is conducted for the validation of the prototypes. Finally, the Technology Acceptance Model is empirically evaluated to determine the acceptance of augmented reality with regard to intralogistics planning

Dresdner Transferbrief

Thema der Ausgabe 1(2012): Produktionsoptimierung – fit für die Zukunft Effektiv und optimiert: Produkte und Verfahren S. 6, 7, 8, 12, 19 Vernetzt agieren und nachhaltig wirtschaften S. 4, 5, 10, 13, 14/15 Neue Konzepte für Fertigung und Logistik S. 9, 11, 16, 18 Auf dem Weg nach Europa S. 17:Produktionsprozesse effizienter machen – Kommunikation optimieren S. 3 Wegweiser für systematisches Wissensmanagement in kleinen Unternehmen S. 4 3D-Umformung von Naturfaserstoffen als Basis für nachhaltige Verpackungen S. 5 Simulation Aided Manufacturing S. 6 Optimierung von Hartstoff-Schichtsystemen durch Zerspantests S. 7 Reduzierte Durchlaufzeiten durch Überlappung von Fertigungsaufträgen S. 8 Ersatz von Thermoelementen durch Pyrometer in der Glasherstellung S. 9 Symate GmbH bietet Prozessoptimierung mit neuartigem Technologiedatenmanagement-System S. 10 Mikroreaktionstechnik-Labor eröffnet neue Wege zur Prozessführung von Mehrphasenreaktionen S. 11 Optimierung mit APC – Advanced Process Control für Beschichtungsprozesse S. 12 Die Arbeitsmedizin soll die Gesundheit und das Bewusstsein dafür stärken S. 13 Neuartiges Konzept für die Fertigungssteuerung hebt Potenziale in KMU S. 14/15 3D-Digitalisieren, Datenaufbereitung, Konstruktion und Fertigung von Werkzeugen S. 16 Endspurt im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU S. 17 Reduzierung des Logistikaufwandes in der Serienfertigung S. 18 Materialanalyse mit speziellem Werkzeug: Die Röntgen-Mikrotomographie S. 1