Augmented Reality in der Baugruppenfertigung
Die digitale Erweiterung für
menschliche Bediener
Erweiterte Realität wird selten für wirklich kritische Anwendungen eingesetzt, etwa im Helm eines Kampfpiloten. Der kostet auch aufgrund von Entwicklungskosten rund eine halbe Million US-Dollar. Ist eine Technologie ausschließlich nach so umfangreicher Anpassung nützlich, wird sie sich in der Fertigungsindustrie kaum durchsetzen. Neue MES-Lösungen zeigen, wie Augmented Reality den Sprung in die industrielle Praxis schaffen könnte.
Ursprünglich wurde spezifisches Wissen von einem Facharbeiter oder einem Meister an den Lehrling weitergegeben. Dieser konnte dadurch in seinem Arbeitsbereich einen großen Schatz an Wissen anhäufen. Mit der Zeit wurden Montagearbeiten dann auf viele Bediener aufgeteilt, von denen jeder eine eine ganz spezielle Aufgabe erhielt. Obwohl es nun in Summe mehr Menschen gab, denen etwas beigebracht werden musste, waren die einzelnen Teilaufgaben doch leichter lösbar. Die Lehrlinge wurden durch Bediener ersetzt, das persönliche Vieraugen-Gespräch durch papierbasierte Arbeitsanweisungen.
Keine Technik ohne Tücken
Die Arbeit mit papierbasierten Arbeitsanweisungen ist in vielen Bereichen ein Problem. Zunächst ist die Erstellung der Dokumente mühsam. In der Arbeitsvorbereitung wurden viele Stunden veranschlagt, um die Arbeit an einer Linie zwischen Produktionsmitarbeitern aufzuteilen, anschließend Zeichnungen zu erstellen und Schritt-für-Schritt-Anweisungen zu formulieren. Änderte sich die Auslastungsrate einer Linie, weil z.B. ein Bediener einer neuen Aufgabe zugewiesen wurde oder abwesend war, mussten die Arbeitszuweisung und die Dokumentationen überarbeitet werden. Waren mehere Mitarbeiter krank, konnte dies zu einem Stillstand der Linie führen, bis die überarbeiteten Anweisungen ausgegeben werden konnten. Diese Dokumentationen wurden dann oft nur für wenige Minuten gebraucht, bis sich die Bediener eingeprägt hatten, was zu tun war. Probleme traten erst auf, wenn sich der Produktmix vergrößerte und die Anzahl an Varianten und Revisionen zunahm. Jedes Mal, wenn es zum Wechsel einer Produktvariante oder einer neuen Revision kam, wurde eine neue Arbeitsanweisung benötigt. Oft handelte es sich aber um dieselbe Produktvariante eines zuvor ausgeführten Arbeitsauftrages, was eine neue Arbeitsanweisung überflüssig machte. Die Manager und Bediener an den Linien kamen so unter Druck. Denn die Manager an den Linien mussten sicherstellen, dass den Bedienern die korrekte Version einer Dokumentation zur Verfügung gestellt wurde. So war es, wenn keine neuen Dokumente ausgegeben wurden, oftmals ein Ratespiel, ob keine neuen papiergebundenen Anweisungen nötig, sie verspätet oder schlicht verlegt worden waren. Diejenigen Bediener, die viele sehr ähnliche Arbeitsanweisungen zu Gesicht bekamen, konnten den Überblick verlieren und aus dem Gedächtnis eine falsche Variante oder Revision ausführen. Trotz papierbasierter Kontrolle kam es also immer wieder zu Fehlern.
Flachbildschirme in Fabriken
Erst durch das Auftreten erschwinglicher Flachbildschirme wurden elektronische papierlose Arbeitsanweisungen zu einer echten Alternative. Jeder Bediener erhielt nun den für ihn bestimmten Dokumentensatz, das Ganze wurde von Software gesteuert und war mit den Produktionsaufträgen verknüpft. Die Probleme mit Revisionskontrollen und fehlenden Papieren konnten gelöst werden. Die frühen elektronischen Arbeitsanweisungen waren zwar papierlos, nutzten die digitalen Möglichkeiten aber nicht aus. Der Bildschirm gab wieder, was zuvor auf Papier gedruckt worden wäre. Auch heutzutage werden in der Produktion immer noch meist PDF-Dateien angezeigt. Neuere Lösungen setzten Webtechnologien ein, um dynamischen Dateninhalt darzustellen. Nun konnte man sich bestimmte Bereiche ganz genau ansehen, dem Bediener Referenzmaterialien und weitere Details zur Verfügung stellen, wozu auch Sicherheits- und sicherheitsrelevante Informationen gehörten. All das diente dazu, die Lernkurve des Bedieners zu senken sowie die Produktivität und Qualität zu verbessern.
Nächster Schritt
Als nächsten Schritt dieser Technologie können MES-Lösungen verstanden werden, die mit Bedienern interagieren . So können Bediener komplexe Operationen Schritt-für-Schritt ausführen, ohne spezifisch darauf vorbereitet worden zu sein. Kurze sich wiederholende animierte oder reale Videos zeigen jeden Schritt an, den der Bediener ausführen muss und sind fast vergleichbar mit der anfangs beschriebenen Beziehung zwischen Meister und Lehrling. Neuen Lösungen bringen Werkzeuge mit, um Informationen und Medien aus unterschiedlichen Quellen zu ziehen, einschließlich des ursprünglichen Produktdesigns und fügt zu Arbeitsanweisungen zusammen. Bediener können bestätigen, wenn ein Schritt abgeschlossen wurde und Daten zu Rückverfolgbarkeitszwecken aufzeichnen, Feedback zur Verbesserung des Prozesses geben und vieles mehr. Diese Technologie gibt quasi jedem Bediener ohne Vorbereitung die Möglichkeit, jede Montagetätigkeit an jedem Produkt auszuführen.
Das Funktionsprinzip
Eine Augmented-Reality-Technologie trägt man genauso, wie man auch eine Brille trägt. Ein computergesteuertes Display generiert in der Ansicht ein Bild, das sich mit dem Bild in der realen Welt überlappt. Dieses zeigt dieselben digitalen Arbeitsanweisungen, die auf den interaktiven Monitoren zu sehen waren, sie werden aber direkt über das Blickfeld eines Bedieners gelegt. Ein Bediener muss nun nicht mehr von seiner Arbeit aufschauen, um sich die Anweisung anzusehen, sondern sie befindet sich genau vor ihm, zusammen mit der Möglichkeit einer animierten Unterweisung. Das Auslesen eindeutiger Produkt- oder Materialkennungen stellt keinerlei Schwierigkeit mehr da, denn AR-Technologien können Barcodes in Sekundenbruchteilen auslesen. Die Bediener können über eine Spracherkennung mit dem System interagieren.
Sprungbrett in die Praxis
Um AR-Technologien in die Baugruppenfertigung zu bringen, muss die Hardware indessen vereinbar mit dem industriellen Arbeitsalltag zu tragen sein und die (MES)-Software die AR-Daten zur Verfügung stellen können. Die Bereitstellung dieser Daten sollte mit möglichst wenig spezifischen Anpassungen oder Datenaufbereitung erfolgen können. Für den Einsatz dieser Technologie sprechen einmal die gewonnene Flexibilität der Mitarbeiter, wenn sie ihre Arbeit ohne den Blick zur Werkerfühung erledigen können. Außerdem der Aspekt der Rückverfolgbarkeit, da sich jeder Schritt mit Bildern oder sogar einem Video dokumentieren lässt.
Begünstigte Einsatzfelder
Die Annahme der AR-Technologie könnte in komplizierten Umgebungen beginnen. Etwa wenn traditionelle Arbeitsplätze aus Platzgründen nicht untergebracht werden können, oder großformatige komplexe Baugruppen den kontinuierlichen Einsatz beider Hände erfordern. Montagearbeiten mit häufigen Rüstwechseln, besonders zwischen ähnlichen Produktvarianten oder bei denen Rückverfolgbarkeit geboten ist, sind auch Schlüsselbereiche für eine frühe Adaption von AR-Technologie. Langfristig könnte sie aber in allen Fertigungsumgebunden zum Standard avancieren.
Die Stunde der Bediener
Lange schon ringen die Automatisierer darum, dass ihre Technik mit den steigenden Bedürfnissen einer flexiblen Massenproduktion mithalten kann. Durch Augmented Reality könnte der Bediener die Messlatte erneut verschieben. In unerreicht hoher Flexibilität könnte er mittels AR dynamisch zugeteilte Aufgaben in vielen Bereichen der Fabrik erledigen, ohne spezifische Fachkenntnisse erlernt zu haben. Voraussetzung dafür ist, dass sich Arbeitsanweisungen für die AR-Endpunkte im Vergleich zu einer terminalbasierten manuellen Montagestation schnell und flexibel genug erstellen lassen.
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