Der Werker steht vor seinem Objekt – beispielsweise eine Autokarosserie. Das Tablet, das er trägt, ist mit einer Anwendung in der Cloud verbunden, die ihm sofort und präzise anzeigt, wo er nacharbeiten muss. Nach getaner Arbeit meldet ihm die visuelle Anzeige das Ergebnis und der Werker kann sofort zum nächsten Objekt voranschreiten. Eine solche Vorstellung galt lange Zeit als Science-Fiction, auch wenn die Technologie stark gehypt wurde. Vor allem zwei Hürden stellten sich der Massenverbreitung von AR entgegen.

Trackingtechnologie: Die Nachvollziehbarkeit der dynamischen Bewegungen von Betrachter und Objekt war lange Zeit eine enorme Herausforderung. Bewegte sich beispielsweise eine Autokarosserie eine Fertigungsstraße entlang, hatte die Technologie Schwierigkeiten, der ständigen Bewegung zu folgen. Mit leistungsfähigeren mobilen Endgeräten und verbesserten Algorithmen für markerlos-modellbasiertes Tracking konnte diese Hürde überwunden werden. War vorher mit ständigen Trackingbrüchen zu rechnen, wenn sich das Bauteil bewegte, so können nun Daten zuverlässig auch auf mobile Objekte projiziert werden. Das erlaubt dem Arbeiter sich mit seinem Werkzeug frei um das Objekt herumzubewegen.

Datenprozesse: Die Verfügbarkeit von 3D-Daten ist eine weitere Grundvoraussetzung von AR. Wegen technischer Limitierungen wurde jedoch bis vor einigen Jahren vielerorts noch in 2D gezeichnet. Mittlerweile konnte sich die nahtlose Konstruktion von Produkten in einem 3D-Master weitgehend durchsetzen. Zudem werden fertigungsrelevante Meta-Informationen wie Bemaßungen oder Baugruppen in Form von PMIs (Product Manufacturing Information) mit im 3D-Modell hinterlegt. Die Bearbeitung und Visualisierung von 3D-Daten verschlingt aber enorme Rechenleistung. Mit dem Aufkommen von Cloud-basierten Technologien kann die aufwändige Rechenarbeit nun in die Cloud ausgelagert werden. WLAN ermöglicht es zudem, Daten überall auf dem Shopfloor dynamisch zu visualisieren. Lassen sich also die in der Cloud berechneten Ergebnisse über WLAN auf das Gerät streamen, entfallen die Limitierungen leistungsschwacher AR-Geräte wie Tablets und Brillen.

Das Fundament einer zukunftsfähigen Fertigungsindustrie

Um auch in Zukunft global wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Unternehmen so kosteneffizient wie möglich produzieren. Gleichzeitig stehen sie vor der Herausforderung eine wachsende Variantenvielfalt sowie immer kürzere Produktlebenszyklen zu meistern. Damit die Transformation zur zukunftsfähigen Smart Factory gelingt, ist ein hoher Automatisierungsgrad vonnöten.

Manuelle Tätigkeiten werden jedoch niemals vollends aus der Industrie verschwinden – egal ob in der Montage, Qualitätssicherung oder Nacharbeit. Deshalb hat sich die Verknüpfung analoger Prozesse mit AR-Technologie zu einer Geschäftspriorität entwickelt. Manuelle Arbeiten werden sich weiterhin quer über alle Fertigungsbranchen und die Produktionskette erstrecken. Dabei sehen sich Unternehmen mit einer wachsenden Variantenvielfalt konfrontiert. Dies bedeutet, dass Tätigkeiten immer komplexer werden, und es Werkern dadurch schwerfällt, Fehler zu vermeiden oder sie auszubessern. Technologien, die Werker digital bei ihrer Arbeit unterstützen, spricht die Industrie also immer mehr Bedeutung zu. Da es jedoch (noch) nicht praktikabel ist, über längere Zeiträume eine AR-Brille zu tragen, präzise Positionierungen mit derselben ohnehin nicht umsetzbar sind, und weil das Bedienen eines Tablets bei der Arbeit behindert, bietet sich AR-Software zur dynamischen Laser- und Videoprojektion an. Diese hilft dem Werker beispielsweise beim Anbringen von Bauteilen. Auf der Grundlage von 3D-Plandaten lassen sich zudem Positionsdaten oder Montagehinweise direkt und präzise auch auf komplex geformte Objekte projizieren. Selbst wenn Produktlinien und Ausstattungsvariablen wechseln, weiß der Werker dann stets, an welchen Positionen er ein Bauteil anbringen muss – die Fehlerquote und so auch die Kosten sinken enorm.

Praxisbeispiel: AR bei einem Autobauer

Ein großer Automobilhersteller setzt bereits die dynamische Laserprojektion inklusive Werkzeugtracking in der Lackiererei ein. Hier sind manuelle Nacharbeiten nötig, um sicherzustellen, dass die Fahrzeuglackierung einwandfrei ist und diese keine Schadmerkmale wie Staubeinschlüsse oder Krater aufweist. In der Finish-Kabine suchen Mitarbeiter die Stellen zur Nacharbeit und korrigieren sie von Hand. Diesen Prozess optimiert der Autobauer mit der AR-Technologie. Zunächst identifiziert ein Vision-System automatisiert und KI-gestützt potenzielle Stellen auf der gesamten Oberfläche der Fahrzeuge. Laser projizieren in den nachgelagerten Finish-Bereichen deren Positionen dann direkt auf die Fahrzeuge. Überall dort, wo der Werker schleifen muss, sieht er ein grünes Dreieck. Dabei folgt die Projektion der Karosse, auch wenn sie auf einem Hubtisch angehoben oder entlang der Linie bewegt wird. Während der Mitarbeiter Hand anlegt, erkennt das Werkzeugtracking automatisch, welches Werkzeug gerade im Einsatz ist und wie lange es auf der Position verweilt. Dadurch weiß es, wann der Arbeitsschritt erledigt ist. Anschließend verändert sich die Anzeige und statt des Dreiecks projiziert der Laser einen grünen Kreis. Dieser signalisiert dem Werker, dass er hier noch polieren muss. Ist der komplette Prozess abgeschlossen, verschwindet die Anzeige ganz. So kann der Mitarbeiter sicher sein, dass er alle nachzubessernden Stellen bearbeitet hat. Entdeckt er zusätzliche Merkmale im Lack, die die Bilderkennung übersehen hat, kann er diese über ein Handheld-Gerät am Handgelenk manuell ins System eingeben. Auch sie werden dann ins digitale Modell überführt. Zusätzlich dokumentiert das Werkzeugtracking Prozessparameter wie die Bearbeitungszeit und den Anpressdruck beim Schleifen und Polieren. All diese Daten sammelt der Autobauer und analysiert sie später, um die Produktion weiter zu optimieren. Dieses Beispiel belegt eindrücklich, in welchem Ausmaß AR mittlerweile in der Fertigungsindustrie eingesetzt werden kann, um die Effizienz zu steigern.

Die Zukunft von AR

Augmented Reality ist mittlerweile der Sprung von einer vielversprechenden Prototypen-Technologie in die Massenanwendung gelungen. AR-basierte Technologien werden nicht mehr als Science-Fiction angesehen, sondern sind mittlerweile alltägliche Hilfswerkzeuge in fast allen Industriebereichen. Zurzeit nutzen aber vor allem Konzerne und größere Mittelständler AR. KMU sehen sich noch der Herausforderung gegenüber, Schnittstellen für die Technologie zu schaffen und ihre digitale Infrastruktur zu erweitern. Je weiter sich AR-Technologien ausbreiten und je geringer die Herstellungskosten ausfallen, desto attraktiver wird AR auch für KMU.

Immerhin sind die Möglichkeiten der Technologie noch lange nicht vollständig ausgereizt. In Zukunft ist es vorstellbar, mit Gestensteuerung, Bildverarbeitung und Tiefenkameras Prozessdaten während Bearbeitungsprozessen direkt zu analysieren und automatisch in digitale Modelle zurückfließen zu lassen. Die Vision von Augmented Reality geht also noch weiter.