iWindow - Intelligentes Maschinenfenster

Das Verbundforschungsprojekt iWindow: Intelligentes Maschinenfenster beschäftigte sich mit der visuellen Unterstützung von Maschinenbedienern an Werkzeugmaschinen. Diese konnten bisher nur auf wenige bis keine Systeme, die sie bei ihren täglichen Aufgaben direkt an der Werkzeugmaschine unterstützen, zurückgreifen. Das Forschungsprojekt verbindet reale und virtuelle Welt in der Werkzeugmaschine durch Technologien wie Virtual und Augmented Reality, digitaler Zwilling, Simulation und Mehrwertdienste. Durch Nutzung jeweils für die aktuelle Arbeitssituation passender Dienste, werden Mitarbeiter befähigt, sich an die steigende Individualisierung der Produkte und die flexiblere Produktion anzupassen. Kunden und Geschäftspartner werden durch die Möglichkeit eigene mehrwertgenerierende Dienste zu entwickeln und anderen Anwendern zur Verfügung zu stellen in den Wertschöpfungsprozess eingebunden. Diese Publikation beleuchtet die im Rahmen des Forschungsprojekts erarbeiteten Ergebnisse hinsichtlich für ein intelligentes Maschinenfenster benötigter Technologien und Entwicklungen

Konzept zur Unterstützung des Produktentwicklungsprozesses mittels Virtual Reality

Um eine Durchdringung von VR-Technologien in den KMU zu erreichen, befinden sich erste Softwarepakete auf dem Markt, die VR auf PC-Basis grundsätzlich ermöglichen. Als Visualisierungstechnologie kommt oftmals das passive Projektionsverfahren mittels Polarisation zur Anwendung. Mit diesem Verfahren ist es möglich, vielen Nutzern zeitgleich eine Produktvisualisierung zu geringen Kosten zu gewährleisten. Ein Defizit stellt hier der geringe Immersionsgrad auf Desktop-Basis dar. Als ein weiterer Nachteil stellt sich heraus, dass die Generierung von VR-Daten aus CAD-Daten eine erhebliche Nacharbeit für eine Optimierung erfordert. Ziel war es, den Produktentwicklungsprozess mittels VR zu beschleunigen und so die ‚time-to-market’ zu reduzieren. Dazu waren Untersuchungen notwendig, inwieweit der Immersionsgrad auf Single-PC-Basis gesteigert und der Visualisierungsprozess zur Darstellung von CAD-Daten mittels Polarisation automatisiert werden kann. Die Untersuchungen zur Steigerung des Immersionsgrades lassen Hinweise erkennen, dass durch eine geschickte Farbmodulation der virtuellen Prototypen und der Kulisse zum einen die Tiefenwirkung erhöht und zum anderen die Ghosting-Effekte erheblich reduziert werden könnten. Nach der Transformation des virtuellen Prototyps in das Zentrum eines speziell konzipierten Raumes, ergeben sich auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse Anzeichen, dass mit diesem Vorgehen der Tiefeneindruck möglicherweise zusätzlich zu steigern ist. Die Summe der Ergebnisse lässt vermuten, dass dies zu einem signifikanten Anstieg des Immersionsgrades führen kann. Im Anschluss an diese Untersuchungen wurden die gewonnenen Ergebnisse als Eingangsgrößen genutzt, um am Beispiel des CAD-Systems SolidWorks aus CAD-Daten zeitnah virtuelle Prototypen mittels VR darzustellen. Der Focus richtete sich nach einer manuellen Parameteroptimierung der CAD-Daten auf die direkte Ableitung und Visualisierung des VP-Datensatzes aus einem 3D-CAD-System. Hierzu war neben den bereits angesprochenen Untersuchungen auch die Konzeption und Entwicklung eines Softwarealgorithmus erforderlich, der in nur einem Prozessschritt: • die Ableitung des VP-Modells aus dem CAD-System und • die Visualisierung der fusionierten Modelle automatisiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Automatisierung des Visualisierungsprozesses im Hinblick auf die 3D-Visualisierung von technischen Prototypen aus CAD-Systemen noch erhebliches Potential besitzt. Unter Berücksichtigung der in dieser Arbeit entwickelten Ansätze ist zu erkennen, dass die Ableitung und Visualisierung von virtuellen Prototypen deutlich beschleunigt werden kann. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass zur Steigerung des Immersionsgrades beim Polarisationsverfahren noch erhebliche Optimierungsreserven vorhanden sind. Die Nutzung dieses Verfahrens ermöglicht eine Verkürzung der „time-to-market“. Vor diesem Hintergrund kann sich ein Wettbewerbsvorteil, insbesondere für die KMU ergeben, da diese in der Regel bezüglich einer eigenen Entwicklung für diese Thematik nur über sehr geringe finanzielle Mittel verfügen

Der Einsatz von Desktop-VR für E-Commerce-Anwendungen - Konzepte für dreidimensionale Produktpräsentationen

Zusammenfassung: 'Die Präsentation von Produkten in gegenwärtigen E-Commerce Anwendungen erfolgt in der Regel durch Bilder und Texte. Dabei werden die Möglichkeiten heutiger multimedialer Technologien nicht oder nur unzureichend genutzt. Insbesondere im Hinblick auf das Medium 3D-Grafik fällt dies besonders auf, obwohl Internet-taugliche 3D-Grafikformate entwickelt werden, die es gestatten, nicht nur dreidimensionale Produktpräsentationen, sondern auch komplette Nutzerschnittstellen auf Basis interaktiver Echtzeitgrafik zu realisieren. Dabei wird die gegenwärtig stark steigende Grafikperformance von PCs bei gleichzeitig sinkenden Kosten schon in naher Zukunft eine neue Klasse von interaktiven 3D-Anwendungen möglich machen, die für eine breite Nutzerschicht zugänglich sind. Neben der Technologieentwicklung bedarf es aber auch konzeptioneller Vorarbeiten zum effektiven Einsatz dieses Mediums. In diesem Artikel werden auf Grundlage der Analyse des Standes der Technik gegenwärtiger Internet- Angebote Konzepte und Anforderungen für künftige 3D-Präsentationsumgebungen entwickelt, wobei zur Illustration ein komplett mit dreidimensionaler Echtzeitgrafik realisierter Prototyp einer Produktpräsentation vorgestellt wird

Entwicklung eines Frameworks zur Erstellung von AR Anwendungen für Industrie 4.0

In dieser Arbeit wird ein Framework entwickelt, das Entwickler von AR Applikationen für die Industrie dabei unterstützt, Produktionsdaten zu analysieren und diese in Form einer Augmented Reality Anwendung rückzuführen.Hiefür wird der Stand der Technik in den Bereichen Augmented Reality sowie Datenhaltung von Industriedaten untersucht. Anschließend wird das Konzept des zu erstellenden AR Frameworks präsentiert. Die Implementierung des Frameworks wird genutzt, um eine Augmented Reality Anwendung zu erstellen, die einen realen Anwendungsfall eines Industriepartners abdeckt. Anhand dieser Anwendung und der gestellten Anforderungen wird das Framework evaluiert. Letztendlich bietet ein Ausblick eine Erweiterungsmöglichkeit für das erstellte Framework

Kompetenzzellenbasierte Produktentwicklung

Die kompetenzzellenbasierte Vernetzung stellt für die kooperative Zusammenarbeit von elementaren Leistungseinheiten einen neuartigen wissenschaftlichen Ansatz zur Gewährleistung der Wettbewerbsfähigkeit dar. Die Wertschöpfung in der Produktentwicklung, erfordert die vollständige wissenschaftliche Durchdringung und Systematisierung der Planung und Gestaltung kompetenzzellenbasierter Produktentwicklungsprozesse. Die Arbeit beschreibt den konzeptionellen Aufbau des Partialmodells der Produktentwicklung als Beschreibungs- und Suchalgorithmus für Fach- und Methodenkompetenzen und deren softwaretechnischen Umsetzung im Kompetenz-Agenten. Das Modell in Verbindung mit der Bewertung von Kompetenzpotenzialen, bildet somit die Grundlage für die Struktur von Produktentwicklungskompetenzzellen als Engineering-Dienstleister. Darauf basierend können kompetenzzellenbasierte Produktentwicklungsprozesse generiert werden. Die Verifikation der entwickelten Modelle, Methoden und Konzepte erfolgt an den Beispielen der mechatronischen Produkte Sonderschleifmaschine und Baugruppe Motorspindel

Entwicklung neuer Methoden zur eindeutigen und fehlerfreien Kommunikation im Bereich der 3D-modellbasierten Arbeitsweise

Die Digitalisierung industrieller Fertigungs- und Qualitätssicherungsprozesse hat mittlerweile in einer Vielzahl von Unternehmen Einzug gefunden und ist dort nicht mehr wegzudenken. Ausgehend von einem funktionalen 3D-CAD-Modell soll es möglich sein, nahezu alle produktbegleitenden Prozesse – von der Konstruktion bis zur Endabnahme beim Kunden – teil- oder vollautomatisiert zu steuern. Das Ziel ist die eindeutige Vergleichbarkeit konstruktiver, fertigungstechnischer und qualitätsrelevanter Daten im Produktentstehungsprozess. Gerade im Bereich der Qualitätssicherung und der abgeleiteten Messprotokollierung besteht diesbezüglich bisher nicht ausgeschöpftes Optimierungspotenzial. Die bestehende Entwicklungslücke stört die Durchgängigkeit der digitalen 3D-CAD-basierten Prozesskette und beeinträchtigt die Prozess- und Informationstransparenz innerhalb der Produktentstehung. Mit der Verwendung der Product and Manufacturing Information (PMI) im 3D-CAD-Modell wird dieser Problematik zwar entgegengewirkt, jedoch ist es bislang nur begrenzt möglich, die Produkt- und Fertigungsinformationen eindeutig und unverändert in der heterogenen CAx-Systemlandschaft innerhalb der Produktentstehung zu transferieren. Neben der fehlenden Eindeutigkeit der PMI liegt die Ursache häufig bereits bei Fehldefinitionen der Informationen im Bereich der Bauteilkonstruktion. Eine eindeutige Zuordnung der Prüfmerkmale zu den jeweiligen Geometrieelementen wird nicht gewährleistet, sodass prüftechnisch ermittelte Soll-Wert-Abweichungen aus der Qualitätssicherung nicht direkt (ohne manuelle Nach- bzw. Mehrarbeit) dem entsprechenden geometrischen Element im 3D-CAD-Modell zugeordnet werden können. Das Ziel dieser Arbeit ist daher, eine Methode zu entwickeln, mit der die 3D-CAD-Modellinformationen semantisch korrekt definiert und auf Basis einer einheitlichen Kennzeichnung eindeutig im Produktentstehungsprozess identifiziert und maschinenlesbar weiterverarbeitet werden können. Zusätzlich werden aufbauend auf der eindeutigen Identifikation der Bauteilinformationen neue Methoden im Bereich der 3D CAD-basierten Arbeitsweise entwickelt, die den Mitarbeiter im Bereich der Prüf- und Arbeitsplanung sowie bei arbeitsvorgangsspezifischen Aufgaben in der Fertigung entlasten.:1. Einleitung 2. Stand der Forschung und Technik 3. Anforderungsprofil zur Methodenentwicklung 4. Entwicklung von Methoden zur 3D-modellbasierten Arbeitsweise in der Fertigung 5. Validierung der Methode zur Erreichung eines 3D modellbasierten Fertigungsansatzes 6. Diskussion und Fazit zu den Ergebnissen im Bereich der 3D-modellbasierten Arbeitsweise 7. Zusammenfassung und Ausblic

Untersuchung des Zusammenhangs von Presence und User Experience in der Virtuellen Realität als Grundlage für die Entwicklung von Trainingssystemen und Medizinprodukten in der Chirurgie

Die Dissertation untersucht grundlegende psychologische Faktoren für die Nutzbarmachung der Potentiale von Virtueller Realität für die chirurgische Ausbildung und Medizinprodukteentwicklung.:I Abkürzungsverzeichnis .................................................................................................................... 4 II Abbildungsverzeichnis..................................................................................................................... 5 1 Einführung in die Thematik ............................................................................................................. 6 1.1 Einsatz von Virtual Reality in Medizin und Chirurgie .............................................................. 6 1.1.1 Virtual Reality für chirurgisches Training und Telechirurgie ........................................... 6 1.1.2 Virtual Reality in der Therapie und Rehabilitation.......................................................... 7 1.2 Presence, User Experience und Usability ................................................................................ 8 1.2.1 Begriffe ............................................................................................................................ 8 1.2.2 Verwendete Messmethoden für Presence, User Experience und Usability ................. 10 1.3 Potentiale von Virtual Reality in der Medizinproduktentwicklung....................................... 11 1.4 Motivation und Ziele der Arbeit............................................................................................ 13 1.5 Experimenteller Aufbau ........................................................................................................ 16 1.5.1 Studienaufbau ............................................................................................................... 16 1.5.2 Experimentaltechnik...................................................................................................... 20 2 Publikationsmanuskripte............................................................................................................... 22 2.1 Brade, J., Lorenz, M. et al. (2017). Being there again – Presence in real and virtual environments and its relation to usability and user experience using a mobile navigation task..... 22 2.2 Lorenz, M. et al. (2018). Presence and User Experience in a Virtual Environment under the Influence of Ethanol: An Explorative Study....................................................................................... 35 2.3 Diskussion.............................................................................................................................. 51 3 Zusammenfassung der Arbeit ....................................................................................................... 53 3.1 Hintergrund ........................................................................................................................... 53 3.2 Ziele ....................................................................................................................................... 53 3.3 Methoden.............................................................................................................................. 54 3.4 Ergebnisse.............................................................................................................................. 54 3.5 Schlussfolgerungen................................................................................................................ 55 4 Literaturverzeichnis....................................................................................................................... 56 III Darstellung des eigenen Beitrags.................................................................................................. 64 IV Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit............................................................... 66 V Wissenschaftliche Veröffentlichungen und Vorträge ................................................................... 67 VI Danksagung ................................................................................................................................... 7