Mit Mixed Reality Fabriklayouts interaktiv bearbeiten

Fabriken werden heute oft am Computer geplant. Der Nachteil: Es ist schwierig, Mitarbeitende aus der Produktion einzubeziehen, da die Software in der Regel die Bedienung durch Experten erfordert. Das Fachwissen der Produktionsmitarbeiter ist für die Gestaltung der Fabriklayouts und Räume jedoch unerlässlich. Darüber hinaus verlangen sich schnell ändernde Fertigungsprozesse Um- und Neubauten von Produktionshallen.

Vor allem im Bereich der Batterieproduktion ändern sich Herstellungsprozesse durch Innovationen rasant. Für Forschende des Fraunhofer IPA war dies Anlass, eine Anwendung für die Mixed-Reality-(MR)-Fabrikplanung zu entwickeln: HoloLayouts entstand im Rahmen des Projekts DigiBattPro4.0 – BMBF, das die ganzheitliche Digitalisierung der Batteriezellenproduktion zum Ziel hat

"Bei der Batterieproduktion fallen hohe Flächenkosten an, bedingt durch die speziellen Anforderungen an Rein- und Trockenräume", sagt Christian Kaucher, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA. Auch seien die vorhandenen Flächen in der Regel knapp. Produktionstechnische Innovationen verlangen vielfältige zukünftige Gestaltungsmöglichkeiten. Die Fabrik der Zukunft muss wandlungsfähig sein "Mit HoloLayouts reagieren wir auf diese Anforderungen und ermöglichen eine flächeneffiziente, flexible Planung, bei der sich Layouts schnell an neue Produkt- und Produktionstechnologien anpassen lassen".

Der Vorteil des Mixed Reality Tools, das der Forscher mit den Kollegen Günther Riexinger und Markus Sasalovici mit Hilfe der Entwicklungsumgebung Unity realisierte: Mehrere Personen können sich interaktiv an der Fabrikplanung beteiligen, während dies bei klassischen 3D-Planungen am Rechner in der Regel nicht möglich ist. Im Gegensatz zu Virtual Reality (VR) sind die Mitarbeitenden nicht von der Umgebung abgeschottet. Neben den virtuellen Modellen sehen sie weiterhin die reale Umgebung und können mit den weiteren Planungsbeteiligten interagieren.

Möglich wird dies durch die Kombination aus der HoloLayouts-Software und der erforderlichen Hardware, der Microsoft-Datenbrille HoloLens 2. Mit diesen Mixed Reality Headsets wird den Anwendern die virtuelle Planungsumgebung direkt in ihr Blickfeld projiziert. Die Nutzer können dann einzelne Objekte wie etwa Maschinen oder Werkstücke greifen, bewegen, verschieben, skalieren und platzieren. Aus einem Katalog lassen sich darüber hinaus neue Objekte einfügen.

Die Entfernung der Objekte zueinander sowie beispielsweise die Breite von Gängen ist variierbar. Im Miniaturmodus können die Nutzer zunächst verschiedene Layoutvarianten entwerfen und einen Überblick über die Planung erhalten. Im 1:1-Modus werden die entwickelten Layouts dann in Originalgröße dargestellt und lassen sich so umgehend validieren.

"Planungsfehler werden so frühzeitig identifiziert. Die Mitarbeitenden erhalten einen realistischen Eindruck von der geplanten Fabrikumgebung", betont Kaucher den Vorteil der beiden Darstellungsansichten. In beiden Modi ist die Zusammenarbeit im Team gegeben, die Nutzer können gemeinsam an Layouts arbeiten: In einer sogenannten "Shared Session" lassen sich weitere Nutzer hinzufügen. Dies kann sowohl in einem Raum (Co-Located) als auch von mehreren Standorten aus ("Remote") stattfinden.

Im Co-Located-Modus wird das Modell dabei für alle Teilnehmer an exakt derselben Stelle im Raum dargestellt, was Diskussionen über bestimmte Bereiche des Layouts vereinfacht. Die Anwendung ist intuitiv bedienbar, auch Mitarbeiter ohne Vorkenntnisse im Bereich MR können sich so an der Fabrikplanung beteiligen.

Den Praxistest hat HoloLayouts bereits bestanden: Im Projekt DigiBattPro4.0 wurde die Mixed Reality-Anwendung für die Neuplanung eines Bereiches mit zwei Rohstoffaufgabestationen für Big Bags sowie diversen Peripheriegeräten wie Staubfiltern herangezogen. Die Planung fand in Zusammenarbeit mit Varta Consumer Batteries statt. Die Mitarbeitenden lobten insbesondere, dass die Anwendung zum guten räumlichen Verständnis des Planungsobjekts beiträgt und sich sehr intuitiv bedienen lässt.