Dr. Philipp Klimant

Dr. Philipp Klimant ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Virtual Reality am Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse an der Technischen Universität Chemnitz. Dort ist er Leiter der Abteilung Prozess­informatik und virtuelle Produktentwicklung. Seit April 2013 leitet er außerdem die zentrale Koordinierungsstelle des Chemnitzer Spitzentechnologieclusters „Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik“ (eniPROD) der TU und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Automatisierungstechnik, Virtual Reality und Augmented Reality, Maschinen- und Anlagensimulation sowie Medizintechnik.
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Augmented Reality bezeichnet eine computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Heutzutage geschieht dies durch die visuelle Darstellung von Informationen, die mithilfe von Smartphone, Tablet, Datenbrille oder Ähnlichem über einem realen Objekt eingeblendet werden.

Mit Inhalten interagieren

März 2015

 

Maschinen und Prozesse ohne Rechner oder Tastatur steuern? Augmented Reality (AR) soll das möglich machen. Was diese Technologie leisten kann, zeigt Dr. Philipp Klimant von der TU Chemnitz.

Augmented Reality kennen heute die meisten als spielerisches Extra, zum Beispiel aus dem Möbelkatalog. Warum ist diese Technologie mehr als nur ein Gimmick?

Weil Ihnen Augmented Reality im Alltag bei kleinen und großen Dingen auf praktische Art und Weise weiterhelfen kann. Sie suchen beispielsweise den Stutzen für die Kühlflüssigkeit im Motorraum Ihres Fahrzeugs? Mit der App des Autoherstellers verrät Ihnen der Blick übers Smartphone unter die Motorhaube, wo er sich befindet. AR verknüpft real vorhandene Objekte mit virtuellen Informationen und verschafft so ein besseres Verständnis komplizierter Sachverhalte – das erleichtert den Alltag. Um das Beispiel aus Ihrer Frage aufzugreifen: Ist es nicht sinnvoll, auch ohne Einsatz von Maßband und Farbpalette zu wissen, ob ein Möbelstück in die Wohnung passt? Mit AR können wir vielfältige Daten zielgruppenadäquat bereitstellen, damit der Nutzer mit ihnen interagieren kann.

Wo finden sich schon heute AR-Anwendungen in der Industrie?

Produkte werden immer komplexer, wir generieren immer mehr Daten, daher ist AR als Vereinfachung dieser Komplexität für alle industriellen Anwendungsbereiche relevant. Die reichen von der Entwicklung über die Fertigung und Logistik bis zur Ausbildung. Entwickler können beispielsweise Ergebnisse einer Simulation direkt über realen Objekten einblenden und sehen darauf Spannungsverläufe oder Verzüge. Prozessdaten einer Fertigungslinie lassen sich direkt an der Maschine auf einem Tablet visualisieren – und zwar nutzerspezifisch: Dem Hallenmeister werden andere Informationen angezeigt als dem Bediener. Den einen interessiert eher die Stückzahl, den anderen, ob ein Programmcode einen Fehler aufweist.

Ein Flugzeughersteller nutzt AR zur Überprüfung von Nietverbindungen: Der Mitarbeiter fährt mit einem Tablet über das zu prüfende Bauteil, die Kamera gleicht dabei die Nieten ab und meldet eventuell fehlende oder abweichende Verbindungen.

Sind Tablets dabei das Mittel der Stunde?

Ja, diese Geräte drängen sich momentan für AR förmlich auf: Tablets sind heute schon ausgereift. Sie bieten große Rechenleistung, eine gute Kamera, Lautsprecher sowie Mikrofon und ein hochauflösendes Display – außerdem sind sie verhältnismäßig günstig.

Welche Mittel kommen darüber hinaus zum Einsatz?

Autohersteller setzen zum Beispiel auf Laserprojektoren. Azubis bekommen verdeckte Karosseriestrukturen auf ein reales Fahrzeug projiziert – und erhalten damit einen besseren Eindruck vom Aufbau. Mitarbeitern wird der nächste zu setzende Schweißpunkt direkt auf dem Bauteil angezeigt. Eine Kamera überprüft, ob der Vorgang korrekt ausgeführt wurde, und geht dann zum nächsten Schweißpunkt weiter. Im Bereich Lagerlogistik werden mit einer Datenbrille Lieferteile und die damit verbundenen Aufträge direkt miteinander verknüpft. Oder einem Packer wird die beste Position für eine Komponente in einem Paket gezeigt.

In welchem Stadium befinden wir uns gerade?

Die Hardware ist – AR-Brillen mal ausgenommen – schon relativ weit. Aber die Industrie befindet sich momentan in einer Findungsphase. Jeder sucht nach sinnvollen Möglichkeiten, AR zu nutzen. Im Großen und Ganzen befinden wir uns hier noch am Anfang. Es gibt noch nicht so viele Anwendungen.

Das hängt auch damit zusammen, dass es Sicherheits- und Datenschutzbedenken gibt, weil sich die Technologie auch zur Überwachung der Mitarbeiter nutzen ließe. Das System überprüft ja selbstständig, ob eine Tätigkeit ausgeführt wurde. Das reduziert auf der einen Seite die Fehler, auf der anderen Seite schafft es aber auch eine Vergleichbarkeit zwischen Werker A und Werker B. Das ist aktuell eine große Hemmschwelle.

Wie lässt sich mit diesem Problem umgehen?

Dazu wird es noch viele Studien geben müssen. Aber gleichzeitig ist jedes Unternehmen selbst gefordert, sich mit diesem Thema zu beschäftigen, um den eigenen Umgang damit zu definieren.

Wie lässt sich AR zukünftig sinnvoll in industriellen Umgebungen einsetzen?

Produkte werden immer komplexer, gleichzeitig arbeiten wir zunehmend globaler. Hier kann AR zukünftig Unterstützung leisten. Ein Entwickler mit dem nötigen Know-how am Standort München wird beispielsweise dem Servicetechniker in Schanghai direkt an der Maschine die auszuführenden Schritte zeigen. Dafür gibt es momentan noch keine praktikablen Lösungen. Auch im Schulungsbereich wird das Thema immer stärker in den Fokus rücken – da ist das genannte Beispiel des Autobauers nur ein erster Ansatz.

Generell wird die Datenvisualisierung zunehmen, da wir – an der Maschine wie im privaten Leben – mit immer mehr Daten umgehen müssen. Das reicht von Steuerungsdaten der Maschine über Daten aus der Entwicklung bis hin zu Umgebungsdaten, die zum Beispiel zeigen, bei welcher Raumtemperatur ein Teil gefertigt wurde. Diese Daten sinnvoll zu verknüpfen, zielgruppengerecht aufzubereiten und zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen, wird in der Zukunft eine noch größere Kernaufgabe von AR sein, als es das heute schon ist.

Wo sehen Sie die größten technischen Herausforderungen, um AR nutzbringend einsetzen zu können?

Riesige Datenmengen unterschiedlichster Art und Weise intelligent so miteinander zu verknüpfen, dass wir damit Mehrwert generieren können, und diesen Mehrwert dann über AR auch zu visualisieren – das sind die großen Aufgaben, um weitere Schritte in die Zukunft machen zu können.

Momentan laufen Daten in AR hauptsächlich noch in eine Richtung: Wir nutzen die Technik viel, um die Daten anzuzeigen, aber wenig, um weitere Daten zu generieren.

Vielleicht sitzen wir in zehn Jahren auch nicht mehr vor Rechnern, sondern steuern unsere Tätigkeiten über holografische Displays und Sprachsteuerung direkt am Ort des Geschehens – ähnlich wie man das aus Filmen kennt. Das ist aber Zukunftsmusik, denn in den konkreten Bereichen gibt es noch großen Handlungsbedarf. Ansätze sind da, aber noch keine praktikablen Lösungen für die Industrie.

Welche Auswirkungen wird das auf unseren Alltag haben?

In Zukunft wird das Private stärker mit dem Arbeitsbereich verschmelzen. Zum Beispiel durch kommende Generationen von Datenbrillen, die das Telefonat mit dem Ehepartner, die Bearbeitung von Arbeitsmails oder die Anzeige von fälligen Wartungsarbeiten an der Fertigungslinie in gleichem Maße ermöglichen. Eine große Aufgabe dabei wird es sein, diese verschmelzenden Welten datenseitig so zu trennen, dass keine Sicherheitsprobleme entstehen.

Wird die Datenbrille auch das große Portal sein, um den Menschen in die vernetzte Maschinen- und IT-Welt zu bringen – Stichwort Industrie 4.0?

Ja, es gehört zu den Kernthemen im Bereich Industrie 4.0, neben der Maschine-Maschine- auch die Mensch-Maschine-Kommunikation in den Fokus zu nehmen. Kooperation ist dabei ein zentrales Anliegen: Mensch und Roboter arbeiten bei einer komplexen Montage zusammen und sie kommunizieren miteinander. Da wird dann neben der visuellen Umsetzung auch die Sprachsteuerung immer wichtiger.

Momentan werden mit AR oft visuelle Lösungen verbunden, dabei bezieht sich die Technologie auf alle Sinne. Weshalb ist das so?

Prinzipiell ist AR eine audiovisuelle Lösung. Da es um vereinfachte Anwendungen geht, möchte man nicht immer alle Sinne bedienen. Haptische Lösungen sind beispielsweise für Virtual-Reality-Lösungen viel interessanter als für AR-Lösungen. Hier sind akustische Signale, die zum Beispiel zur Sprachsteuerung genutzt werden, wesentlich relevanter. Ganz einfach weil die eingesetzten Systeme – Datenbrillen, Tablets, Smartphones – bereits für Sprachbefehle ausgelegt sind. Das Ziel bei AR ist ja, mit den Inhalten zu interagieren und sie nicht nur einzublenden.

Bis wann wird dabei der Durchbruch gelingen?

Das ist schwer zu sagen. Wenn es in einem Jahr ein paar funktionierende Anwendungen dieser Art geben sollte, tritt sicherlich ein Multiplikatoreffekt ein und die Lösungen werden sich schnell verbreiten. Es kann aber auch gut sein, dass wir uns in den nächsten fünf Jahren weiter so bewegen wie jetzt: mit einzelnen Insellösungen.

Welche Auswirkungen kommen auf den Menschen im Umgang mit AR zu?

Bereits in den vergangenen Jahren hat der Technostress zugenommen. Doch es ist fraglich, ob er durch eine konsolidierte Datenbereitstellung, wie sie AR bietet, abgebaut werden kann – oder ob er dadurch sogar noch zunimmt. Das hängt von jedem Einzelnen und seiner Technikaffinität ab. Habe ich im privaten Bereich keine Berührung mit Tablet und Co., wird es mir schwererfallen, diese Werkzeuge anzuwenden, wenn sie bei mir im Betrieb eingeführt werden. Auf der anderen Seite bietet AR aber auch die Möglichkeit, das berufliche Umfeld interessanter und motivierender zu gestalten – das wird auch im Wettbewerb um die besten Nachwuchskräfte immer größere Bedeutung bekommen.