Der Zug der digitalen Transformation nimmt weiter Fahrt auf. Wer sein Unternehmen auf die Zukunft vorbereiten will, kommt am Digitalisierungsprozess nicht vorbei. Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) sind zwei Elemente dieser Entwicklung, die zukünftig einen signifikant wichtigen Stellenwert für die industrielle Fertigung einnehmen werden.

Als Industrie 4.0, im englischsprachigen Raum Industrial Internet of Things (IIoT) genannt, bezeichnet man die intelligente Vernetzung von Produktionskomponenten. Der Zielbahnhof dieser vierten industriellen Revolution ist ein vollautomatisierter von künstlicher Intelligenz gesteuerter Produktionsprozess. Bis dahin sind aber noch einige Zwischenhalte notwendig. In diesem Beitrag werden Bereiche im industriellen Produktionsprozess aufgezeigt, in denen VR und AR bereits eingesetzt werden.

Darauf aufbauend sind zukünftige Entwicklungen und Trends der nahen und mittelfristigen Zukunft abzuleiten. Denn eines ist die Digitalisierung mit Sicherheit nicht: einfach und billig. Die mittlerweile erfolgten Restrukturierungsmaßnahmen und damit verbundene Investitionen deuten, zumindest für die nächsten Jahre, in eine bestimmte Richtung, in die der Zug der digitalen Transformation unterwegs ist.

Digitale Infrastruktur als Basis der Industrie 4.0

Um das Potenzial von Virtual Reality-Elementen nutzen zu können, sind große Rechenkapazitäten notwendig. Hardware, Software sowie IT-Infrastruktur erzeugen und konsumieren riesige Datenmengen, die aufbereitet und dann der beabsichtigten Zielgruppe zur Verfügung gestellt werden. Dieser als Big Data umschriebene Baustein der Digitalisierung wird immer häufiger durch Cloud-Infrastrukturen gelöst. Diese Entwicklung ist vor allem für kleine und mittlere Unternehmen sehr hilfreich und unterstützt sie dabei eine wirtschaftlich erschwingliche Fahrkarte für den Zug der digitalen Transformation zu erhalten. Cloud Computing ermöglicht es den Unternehmen, ohne signifikante Investitionen Zugriff auf komplexe Datenverarbeitungssysteme zu erhalten. Die nächsten Schritte dieser Entwicklung sind schon absehbar.

Das sogenannte Retrofitting bindet „alte“ Maschinen, auch Brownfield-Maschinen genannt, in den Digitalisierungsprozess mit ein, die vor der rasanten Digitalisierungsentwicklung der letzten Jahre angeschafft und im Produktionsprozess implementiert wurden. Gerade in der industriellen Produktion sind komplexe und oft spezialisierte Maschinen ein entscheidender Kostenfaktor und die volle Ausschöpfung ihrer Lebensdauer wird bei ihrer Anschaffung mit in die Kosten- und Ertragskalkulation miteinbezogen. Berücksichtigt man die meist lange Lebensdauer und die hohen Anschaffungskosten einer industriell genutzten Maschine, so ist die gezielte Umrüstung einer Maschine zu einem digitalisierungskompatiblen Baustein ein entscheidender ökonomischer Faktor.

Kosten- und zeitsparende Planung und Entwicklung

Das Potenzial der virtuellen Realität zeigt sich schon ganz am Anfang eines Produktzyklus: bei der Planung und Entwicklung. Gerade dieser Prozessschritt ist mit zeit- und kostenintensiven Arbeitsschritten und großer Unsicherheit verbunden. Virtual-Reality-Systeme bieten viele Möglichkeiten, um den Bereich Forschung und Entwicklung effizienter und somit weniger zeit- und kostenintensiv zu gestalten.

In Kombination mit der 3D-Drucktechnik ist VR bereits etabliert. Produkte werden zunächst z. B. mit Unterstützung von CAD-Software entwickelt und die entsprechenden Daten an einen 3D-Drucker kommuniziert, der dann vollautomatisch einen Prototyp erstellt. Besonders in der Flug- und Raumfahrttechnik sowie der Autoindustrie findet dieses Verfahren bereits Anwendung. Bei kleinen und mittleren Stückzahlen kann diese Methode auch schon im Fertigungsprozess eingesetzt werden.

Das benötigte Fachwissen, um das bestehende Personal auf diese Entwicklung vorzubereiten ist sehr spezifisch, da das Arbeiten mit 3D-Content häufig die Bedienung komplexer Software und somit Expertenwissen erfordert. Doch auch hier gibt es Entwicklungsprozesse hin zu einer anwenderfreundlichen Lösung. So wird intensiv an Softwarekomponenten gearbeitet, die es auch 3D-Laien ermöglicht, sich schnell in die entsprechende Materie einzuarbeiten und die erforderlichen Anforderungen gezielt umsetzen zu können.

Optimierung des Produktionsprozesses

Die optimale Steuerung und Auslastung von Maschinen und Personal ist ein entscheidender Faktor des Produktionsprozesses. Hoch spezialisierte Maschinen und Fachpersonal sind teure Produktionsfaktoren. Beide Kostenfaktoren gilt es mit optimierten Durchlaufzeiten zu reduzieren. Auf VR und AR basierende Simulationssoftware ermöglicht es Unternehmen, Produktionsabläufe zu optimieren, ohne sie real zu beeinflussen. Die Änderung der Maschineneinstellungen oder deren Um-, Aus- bzw. Einbau, das Testen neuer Softwarekomponenten und das Einlernen neuer Mitarbeiter kann zunächst in der virtuellen Realität erfolgen.

Jede Veränderung des Produktionsprozesses kann zunächst an virtuellen Produktionsanlagen getestet werden, ohne die tatsächliche Produktion zu beeinflussen. Fehler in der Programmierung oder Fehler an den Anlagen, die dann zu Material- und Maschinenschäden führen, können so minimiert werden.

Auch der Aspekt Wartung und Reparatur kann durch den Einsatz von VR/AR effizienter gestaltet werden. Durch die digitale Anbindung und Vernetzung kann der Zustand einer Maschine in Echtzeit ermittelt werden. Verschleißteile oder produktionskritische Bauteile können so bereits ausgetauscht bzw. gewartet werden, bevor ein Schaden zu Ausfallzeiten oder Verzögerungen führt. Oft ist für die Reparatur und Wartung von Industriemaschinen auch Expertenwissen gefragt. Durch VR ist es nun möglich, externem Servicepersonal alle erforderlichen Informationen zur Verfügung zu stellen, um sich ortsunabhängig ein Bild über Wartungs- und Reparaturnotwendigkeiten zu machen und ggf. ohne Reiseaufwand eine zufriedenstellende Lösung zu erarbeiten.

Neue Möglichkeiten im Bereich Wissensmanagement

Ein entscheidender aber oft mangelhaft strukturierter Erfolgsfaktor für Unternehmen ist das Wissensmanagement. Wie verhindert man, dass der gleiche Fehler mehrmals begangen wird? Wie macht man neue Mitarbeiter schnell mit den individuellen Anforderungen vertraut, ohne den Produktionsprozess bei der Einarbeitung zu verlangsamen? Für diese Fragen bietet das Konzept VR/AR Lösungsansätze. Neue Mitarbeiter können sich bereits vor Arbeitsbeginn mit den zu bedienenden Maschinen und Systemen vertraut machen, ohne den realen Produktionsprozess zu beeinträchtigen. Auch die Integration neuer Maschinen oder die Umstrukturierung der Prozessabläufe können in der virtuellen Realität umgesetzt werden ohne negative Konsequenzen für den bestehenden Produktionsablauf.

Besonders für kleine und mittlere Unternehmen ist es oft aus Kostengründen unmöglich Inhouse-Lösungen umzusetzen. In den Bereichen Fort- und Weiterbildung, Wartung und Reparatur sowie Forschung und Entwicklung muss daher oft externes Expertenwissen in Anspruch genommen werden. Mit Unterstützung der digitalen Vernetzung und der damit einhergehenden Datenverarbeitung können mittlerweile jedoch entsprechende Lösungen individuell aufbereitet werden. Ein Fehlerarchiv dokumentiert z. B. bereits begangene Fehler bei der Bedienung einer Maschine und stellt diese Information automatisch anderen Mitarbeitern zur Verfügung. Software zur digitalen Planung von Fertigungs- oder Logistikszenarien sind heute bereits so benutzerfreundlich gestaltet, dass auch Anwender ohne Vorkenntnisse oder umfangreiche Fort- und Weiterbildungsmaßnahmen damit arbeiten können. Und ist es doch einmal notwendig externes Expertenwissen in Anspruch zu nehmen, so kann oft eine Begegnung in der virtuellen Realität physische Präsenz vor Ort ersetzen.

Marketing und Kundenservice

Auch am Bahnhof Marketing und Kundenservice legt der Zug der digitalen Transformation einen Halt ein. VR und AR werden in immer mehr Bereichen des gesellschaftlichen Lebens angewendet und von Kunden und Endnutzern akzeptiert. Ein Produkt kann mit VR/AR näher an den Kunden gebracht werden. Auf Messen und ähnlichen Veranstaltungen ist es schon heute kaum noch möglich ein Produkt oder eine Dienstleistung ohne die Unterstützung von VR/AR zu präsentieren. Emotionen sind ein wichtiger Faktor für das Marketing und können durch das Abtauchen des Kunden in eine virtuelle Realität wesentlich besser erzeugt werden als durch reines Beschreiben und Erklären in einer 2D-basierten Medienumgebung.

Auch die Kommunikation mit dem Kunden kann durch VR-Systeme effizienter gestaltet bzw. vereinfacht werden. Prototypen und Entwürfe können zeit- und kostenreduzierter umgesetzt und ggf. geändert werden. Wie bereits erläutert sind aber auch Wartungs- und Reparaturarbeiten effizienter gestaltbar und etwaige Missverständnisse oder kommunikationsspezifische Restriktionen können reduziert oder gar vermieden werden.

Fazit

Der Zug der digitalen Transformation hat bereits ordentlich Fahrt aufgenommen, wird seine Reisegeschwindigkeit zukünftig aber noch weiter erhöhen. Virtual Reality und Augmented Reality werden wichtige Elemente dieser Entwicklung sein. In allen Bereichen des Produktionsprozesses kann die Technologie angewendet werden und zur Verbesserung und Weiterentwicklung bestehender Strukturen und Prozesse beitragen. Ein Indikator für die Bedeutung dieses Aspekts für die zukünftige gesamtwirtschaftliche Entwicklung sind auch die von der Bundesregierung in Deutschland initiierten Förderprogramme „Automatik für Industrie 4.0“ und „Smart Service Welt“ mit einem Gesamtbudget von 100 Millionen Euro. Ein Unternehmen, das für die Zukunft gerüstet sein will, darf den Zug nicht verpassen, auch wenn die genaue Strecke zum Zielbahnhof noch unbekannt und lang ist.