14. NOVEMBER 2018
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Wie Unternehmen eigene Augmented Reality-Erlebnisse kreieren können


Über das Potential der erweiterten Realität oder Augmented Reality wurde vor allem in den letzten Monaten und Jahren sehr viel geschrieben, gepostet oder referiert. Schnell und einfach soll es gehen, dazu noch ohne Kenntnisse im Coding. Andrea Hallscheidt, Application Specialist, PTC, zur Einführung von Augmented Reality in KMU.

Beinahe jedes Unternehmen weiß inzwischen, dass es mit Hilfe von AR-Anwendungen nicht nur das Marketing und den Produktabverkauf beleben kann, sondern auch echten Mehrwert in den Konstruktions-, Produktions- oder Servicebereich bringen kann. In Verbindung mit dem Internet der Dinge (IoT) sind zudem neue Geschäftsmodelle möglich oder zumindest die Ausweitung des unternehmenseigenen Angebots- und Tätigkeitspektrums. Selbst die Kunden profitieren von den Möglichkeiten der erweiterten Realität. Beispielsweise können sie ihre Kaffeemaschine anhand einer visuellen Schritt-für-Schritt-Anleitung warten, die direkt via Tablet auf das Gerät vor ihnen eingeblendet wird. Das dicke Bedienhandbuch fliegt dagegen ins Altpapier. Gleich danach konfigurieren und platzieren sie noch virtuell die neue Anbauwand im Wohnzimmer, um sie daraufhin in ihrer Wunschkombination zu bestellen. Die App dafür kommt direkt vom Möbelhersteller. Klingt doch alles wunderbar - zunächst.

Aller Anfang scheint schwer, mehr aber auch nicht
Was den Unternehmen bislang aber eher verborgen blieb, ist ein konkreter Ansatz zur Umsetzung, quasi eine Anleitung mit den ersten Schritten und benötigten Tools und Ressourcen. Welche Daten brauche ich und aus welchen Quellen stammen sie? Mit welchen Werkzeugen werden diese bearbeitet, bis ich das fertige Ergebnis auf Smartphone, Tablet oder über eine Datenbrille eingeblendet sehe? Aus zahlreichen Gesprächen mit interessierten Unternehmen wissen wir, dass zudem der finanzielle sowie zeitliche Aufwand durch möglicherweise komplexe und schwer zu bedienende Software-Tools sehr hoch eingeschätzt wird, was Barrieren aufbaut oder gar abschreckt.   Im folgenden Beitrag soll daher beschrieben und belegt werden, dass es in der Praxis das genaue Gegenteil ist. Mit den richtigen Werkzeugen – in diesem Fall Creo Illustrate und ThingWorx Studio von PTC – ist es tatsächlich nicht viel Aufwand, ein eigenes AR-Erlebnis zu erstellen. Als Datenquelle ist zudem lediglich das CAD-Programm beziehungsweise ein komplettes 3D-CAD-Modell des gewünschten Objekts notwendig. Schon kann in nur wenigen Minuten das erste eigene AR-Projekt umgesetzt werden.

Beispiel Zerlegen einer Handkreissäge für Ausbildung, Schulung oder Wartung
In unserem Beispiel soll im ersten Teil das Zerlegen einer Handkreissäge mit allen notwendigen Schritten von der erweiterten Realität unterstützt werden. Wir zielen zunächst auf eine Anwendung für alle Modelle dieser Serie und somit ohne individuelle Geräteerkennung ab. Das Zusammenbauen des Geräts ist im Gegenzug selbstverständlich ebenfalls möglich und könnte einen zweiten Teil der Anwendung ausmachen. Auszubildende oder angehende Servicetechniker eines Unternehmens können mit dieser Anwendung lernen, wie das Gerät richtig auseinandergebaut wird, indem sie die Schritte via Tablet auf das Gerät vor ihnen eingeblendet bekommen. Ebenfalls kann die Anwendung direkt beim Serviceeinsatz zum Tragen kommen, schließlich muss sich dank dieser Technologie nicht mehr jeder einzelne Servicetechniker genauestens mit jedem Modell auskennen. Zu guter Letzt lässt sich die Anwendung auch beim Kunden einsetzen. Nun sollten die Kunden selbstverständlich nicht reihenweise die Geräte auseinanderbauen und wieder zusammenschrauben. Der Wechsel des Sägeblatts oder die Pflege und Wartung des Geräts stehen dennoch regelmäßig an und niemand mag dafür in komplizierten und mehrseitigen Bedienungsanleitungen wälzen. Eine visuelle Anleitung auf dem Smartphone oder Tablet macht es da doch wesentlich bequemer. 
Im ersten Schritt wird für die Animation der einzelnen Zerlegeschritte Creo Illustrate verwendet, während im ThingWorx Studio anschließend die AR-Anwendung erschaffen wird. „Moment!“, mag der eine oder andere Leser jetzt laut denken. Nicht jedes Unternehmen arbeitet schließlich mit Creo Parametric, der CAD-Software von PTC. Das ist richtig. Da es aber ohne Creo Illustrate nicht funktioniert, ist die Software fester Bestandteil des ThingWorx Studio Starterpakets und erlaubt das Hineinladen von 3D-CAD-Modellen auch aus anderen CAD-Programmen. Es kann somit losgehen.

Creo Illustrate für die Animation, ThingWorx Studio für die Vollendung
Zunächst werden die vollständigen 3D-CAD-Daten der Handkreissäge in Creo Illustrate geladen. Der Anwender sieht einen digitalen Zwilling der Handkreissäge vor sich. Er kann nun beginnen, die einzelnen Schritte und Sequenzen des Zerlegens zu definieren und grafisch Schritt für Schritt anzeigen lassen, welche Schrauben wie zu lösen sind, wie das Sägeblatt oder das Gehäuse zu demontieren sind bis hin zur Behandlung jeder einzelnen kleinen Baugruppe. Zur besseren Veranschaulichung kann in einem Editor aus diversen Gestaltungsvarianten gewählt werden. So können einzelne Teile beispielsweise aufblinken, damit der spätere Nutzer sie als nächsten Schritt erkennt, sich dann in bestimmte Richtungen bewegen oder drehen oder vom Gerät wegfliegen. Selbst Schraubendreher und andere Werkzeuge lassen sich einblenden. Eingestellt werden zudem die Dauer jedes einzelnen grafischen Elements sowie die Reihenfolge dieser Sequenzen. Im Preview lassen sich alle erfolgten Einstellungen laufend überprüfen, bis das Gerät vollständig zerlegt ist.
Ist die gesamte Animation für die Demontage des Geräts erstellt und eine Bezeichnung vergeben worden, werden sowohl die 3D-CAD-Daten als auch die Animation selbst in das Creo Viewing Format PVZ übertragen und in ThingWorx Studio geladen. Für die Erstellung von AR-Basisanwendungen ist es grundsätzlich auch möglich, PVZ-Dateien direkt aus Creo oder Windchill zu ziehen, allerdings lassen sich auf diese Art keine Animationen erstellen. Für andere CAD-Programme beinhaltet die Lösung entsprechende PVZ-Datei-Adapter, beispielsweise für Catia. Die ersten Schritte in ThingWorx Studio beinhalten das Anlegen eines neuen Projekts inkl. Zielserver, von dem aus das spätere Erlebnis geladen werden soll. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Auswahl des Mediums, über das die AR-Erfahrung ablaufen soll - Smartphone, Tablet oder eine Datenbrille (Eyewear).
Sind alle diese Grundparameter vergeben, wird das Modell der Handkreissäge im vor dem Anwender liegenden 3D-Raum platziert. Das erfolgt über die Widget- und Informationsleisten rechts und links auf der Benutzeroberfläche. 3D- und 2D-Modus haben jeweils ein eigenes Set an Widgets, die für die weitere Bearbeitung benötigt werden. Im 3D-Modus werden unter anderem die genau Position im Raum sowie die Größenskalierung des Objekts bestimmt und die Animation eingeladen. Die Skalierung mag bei unserer Handkreissäge zwar nicht ganz so wichtig erscheinen, bei einem Motorrad, Auto oder Bagger sieht es dagegen schon anders aus.

ThingMark als Brücke zum Anzeigemedium
Im Folgeschritt wird eine ThingMark auf dem Gerät platziert und eindeutig für diese Anwendung definiert. Mit dem ThingWorx Studio Starterpaket bekommen die Anwender einen Basis-Pool mit 1.000 ThingMarks mitgeliefert. Indem unsere ThingMark für die Anwendung „Zerlegen der Handkreissäge“ festgelegt und später auch auf dem physischen Gerät angebracht wird, ist es möglich, anhand eines einfachen Scannens dieser Marke mittels mobilem Gerät oder der Datenbrille auch genau diese Anwendung zu laden. Zum Abschluss des 3D-Modus können noch Infos im Raum über, neben oder unter der Säge eingeblendet werden, beispielsweise ein Name für die Anwendung selbst. Der Raum selbst kann zudem grafisch ansprechend gestaltet werden, der Kreativität sind da kaum Grenzen gesetzt.
Im Anschluss wechselt der Anwender in den 2D-Modus, um die spätere Benutzeroberfläche zu gestalten. Je nachdem, ob anfangs Smartphone- oder Tablet-Ausgabe angegeben wurde, erscheint nun eine 2D-Oberfläche in genau dem ausgewählten Format. Hier hat der Anwender die Möglichkeit, Knöpfe für Start und Stopp der AR-Animation oder für weitere Infos anzulegen und grafisch zu bearbeiten, Bezeichnungen einzubauen und alle weiteren Elemente zu kreieren, die für Handling und Ablauf der AR-Anwendung notwendig oder hilfreich sind.
Im Anschluss wechselt der Anwender in den 2D-Modus, um die spätere Benutzeroberfläche zu gestalten. Je nachdem, ob anfangs Smartphone- oder Tablet-Ausgabe angegeben wurde, erscheint nun eine 2D-Oberfläche in genau dem ausgewählten Format. Hier hat der Anwender die Möglichkeit, Knöpfe für Start und Stopp der AR-Animation oder für weitere Infos anzulegen und grafisch zu bearbeiten, Bezeichnungen einzubauen und alle weiteren Elemente zu kreieren, die für Handling und Ablauf der AR-Anwendung notwendig oder hilfreich sind.
Abschließend bietet ThingWorx Studio die Option, ein Passwort für die jeweilige Anwendung zu vergeben, falls bestimmte Projekte besonders geschützt werden müssen. Sind alle Konfigurationen final gespeichert, steht der AR-Erfahrung nichts mehr im Wege. Mit etwas Übung können somit Anwender bereits in wenigen Minuten AR-Anwendungen erstellen, wenig Animationsaufwand vorausgesetzt. Im Starterpaket sind jedoch auch vielfältige Beispielprojekte angelegt, von denen sich Unternehmen, die ihre ersten eigenen Anwendungen entwickeln möchten, mögliche Gestaltungsvarianten sowie den einen oder anderen Kniff abschauen können.
Selbst wenn sich am Objekt selbst etwas ändern sollte und beispielsweise ein neuer Griff verbaut wird, ist das kein Problem. Creo Illustrate versteht diese Änderungen und bettet sie entsprechend ein. Bei etwas umfassenderen Änderungen sollten lediglich die Animations-Sequenzen überprüft und bei Bedarf angepasst werden.

IoT und Echtzeitdaten bilden die nächste Stufe
Ergänzend zu allgemeineren Anwendungen wie Bedienungsanleitungen besteht auch die Möglichkeit, die AR-Erfahrung zu individualisieren und ein einziges, bestimmtes Produkt zu betrachten. So haben beispielsweise die Servicetechniker von Caterpillar die Möglichkeit, mit einem Scan der sich vor ihnen befindlichen ThingMark eine entsprechende AR-Anwendung auf ihrem Tablet zu aktivieren und sich Echtzeitdaten wie Motortemperatur, Ölstand oder bisherige Laufleistung virtuell direkt auf die sich vor ihnen befindliche Baumaschine einblenden zu lassen.
Das Ganze funktioniert, indem in ThingWorx Studio entsprechende Sensordaten aus ThingWorx in den 3D-Raum eingebaut werden, die Nutzung von ThingWorx in diesem Fall selbstverständlich vorausgesetzt. Ähnlich wie bei der Vergabe von Labels und der für die weiteren Gestaltung des virtuellen Raums verfügbaren Widgets im ersten Beispiel bekommt der Anwender eine Auswahl an allen für ein Produkt oder eine Maschine verfügbaren Sensoren angezeigt, nachdem er sich in ThingWorx angemeldet hat. Diese Sensoren beziehungsweise eine Anzeige für die Sensordaten kann er beliebig im virtuellen Raum positionieren und skalieren. Alle weiteren Schritte vorab und danach bleiben gleich, im Endeffekt erweitert sich nur das Informationsspektrum, auf das der Gestalter zurückgreifen kann.

Individuelle Erkennung notwendig
Im Falle allgemeinerer Anleitungen ist es grundsätzlich möglich, mit einer Anwendung und der dazugehörigen ThingMark auch mehrere Modelle einer Produktreihe zu bedienen, beispielsweise wenn die Schritte für den Sägeblatt-Wechsel aus dem Ursprungsbeispiel modellübergreifend gleich sein sollten. Hier erscheint lediglich ein Auswahlmenü nach Aktivierung der App, um das genaue Gerätemodell mit all seinen Design-Elementen auszuwählen oder ein Modell in einer entsprechenden Konfiguration. Spätestens jedoch mit der individuellen Erkennung von Objekten in Kombination mit Echtzeitdaten muss der Pool an verfügbaren ThingMarks entsprechend erweitert werden, um ganze Produktserien einbeziehen zu können. Schließlich muss im Beispiel Caterpillar eine ThingMark pro Bagger oder Planierraupe vergeben werden.
In der Praxis gibt es bereits zahlreiche Beispiele für den Einsatz von Augmented Reality für die Überwachung und Wartung von technischem Equipment. Der Rennwagenbauer Griiip aus Italien überwacht seine Rennwagen mittels digitalen Zwillings, der auf einem Tablet inklusive alle Telemetrie-Daten eingeblendet wird, nachdem der Renningenieur die ThingMark auf dem Boliden gescannt hat. Schneider Electric ermöglicht es seinen Servicetechnikern, sich verschiedene statistische Werte wie Standort, Temperatur, Batteriestatus, mögliche weitere Nutzungsdauer und viele mehr auf ein Tablet virtuell über das sich vor ihnen befindliche USV-System zu legen, das beispielsweise in einem Mikrorechenzentrum verbaut ist. Wechselt der Status-Indikator auf Orange wird damit angezeigt, dass eine Wartung notwendig ist. Für die Durchführung erhält der Servicetechniker klare Instruktionen, wie dabei vorzugehen ist. Das erlaubt es ihm, seine Aufgabe fehlerfrei zu erledigen.

Kostenlose Test- und Entwicklungsphase
Die Erstellung eigener AR-Anwendungen kann tatsächlich einfach und schnell sein, wenn komplette 3D-CAD-Daten vorliegen und Unternehmen es schlichtweg ausprobieren. Jeglichen finanziellen Bedenkenträgern sei erwähnt, dass beispielsweise PTC Unternehmen das ThingWorx Studio Starterpaket kostenlos anbietet und diese 90 Tage ausgiebig testen können. Erst wenn kommerzielle Angebote entwickelt und umgesetzt werden, fallen die ersten Kosten für die Nutzung an. 

Datum:
31.10.2018
Unternehmen:
Bilder:
PTC

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