Über das Potenzial von Augmented Reality (AR) wurde vor allem in den letzten Monaten und Jahren sehr viel geschrieben, gepostet oder ­referiert. Beinahe jedes Unternehmen weiß inzwischen, dass es mit Hilfe von AR-Anwendungen nicht nur das Marketing und den Produktabverkauf be­leben, sondern auch echten Mehrwert in den Konstruktions-, Produktions- oder Servicebereich bringen kann. In Verbindung mit dem Internet der ­Dinge (IoT) sind zudem neue Geschäfts­modelle möglich oder zumindest die Ausweitung des unternehmenseigenen Angebots- und Tätigkeitspektrums. 

Was den Unternehmen bislang aber eher verborgen blieb, ist ein konkreter Ansatz zur Umsetzung – quasi eine Anleitung mit den ersten Schritten und benötigten Tools und Ressourcen. Welche Daten brauche ich und aus welchen Quellen stammen sie? Mit welchen Werkzeugen werden diese bearbeitet, bis ich das fertige Ergebnis auf Smartphone, Tablet oder über eine Datenbrille eingeblendet sehe? 

Aus zahlreichen Gesprächen mit interessierten Unternehmen geht hervor, dass zudem der finanzielle sowie zeitliche Aufwand durch möglicherweise komplexe und schwer zu bedienende Software-Tools sehr hoch eingeschätzt wird. 

Doch in der Praxis sieht es anders aus. Mit den richtigen Werkzeugen – wie etwa Creo Illustrate und Thingworx Studio von PTC – erfordert es keinen großen Aufwand, ein eigenes AR-Erlebnis zu erstellen. Zudem ist als Datenquelle lediglich das CAD-Programm beziehungsweise ein komplettes 3D-CAD-Modell des gewünschten Objekts notwendig. 
 

Beispiel: Zerlegen einer ­Handkreissäge

Beispielsweise lässt sich das Zerlegen einer Handkreissäge durch die erweiterte Realität unterstützen, indem alle notwendigen Schritte – etwa mittels einer Datenbrille – eingeblendet werden. Zunächst wird eine Anwendung für alle Modelle einer Serie und somit ohne individuelle Geräte-Erkennung betrachtet. Das Zusammenbauen des Geräts ist im Gegenzug ebenfalls möglich und könnte einen zweiten Teil der Anwendung ausmachen. Auszubildende oder angehende Servicetechniker eines Unternehmens können mit dieser Anwendung lernen, wie sich das Gerät richtig aus-einanderbauen lässt, indem sie die Schritte beispielsweise via Tablet auf das Gerät vor ihnen eingeblendet bekommen. Ebenfalls kann die Anwendung direkt beim Service-Einsatz zum Tragen kommen: Schließlich müssen dank dieser Technologie nicht mehr alle Servicetechniker jedes Modell bis ins Detail kennen. Zu guter Letzt profitieren die Kunden: Wenn etwa der Wechsel des Sägeblatts oder die regelmäßige Pflege und Wartung des Geräts anstehen. Niemand mag dafür  komplizierte und mehrseitige Bedienungsanleitungen wälzen. Eine visuelle Anleitung auf dem Smartphone oder Tablet vereinfacht das Procedere hier um ein Viel­faches.

Festlegen der Sequenzen

Als erstes kommt für die Animation der einzelnen Zerlegeschritte Creo Illustrate zum Einsatz; anschließend wird im Thingworx Studio die AR-Anwendung erschaffen. Da nicht jedes Unternehmen mit CAD-Software von PTC arbeitet und Creo Illustrate dazu aber zwingend benötigt wird, ist die Software fester Bestandteil des Thingworx-Studio-Starterpakets und erlaubt das Implementieren von 3D-CAD-Modellen auch aus anderen CAD-Programmen heraus.

Anwender können in Creo Illustrate einzelne Elemente Schritt für Schritt animieren, wie hier den roten Hebel.

© PTC

Zunächst werden die vollständigen 3D-CAD-Daten der Handkreissäge in Creo Illustrate geladen. Der Anwender sieht dann einen digitalen Zwilling der Handkreissäge vor sich. Er kann nun beginnen, die einzelnen Schritte und Sequenzen des Zerlegens zu definieren und grafisch Schritt für Schritt anzeigen lassen – etwa welche Schrauben wie zu lösen sind oder wie das Sägeblatt oder das Gehäuse zu demontieren sind. 

Zur Veranschaulichung kann der Anwender in einem Editor aus diversen Gestaltungsvarianten wählen. Beispielsweise können unterstützend einzelne Teile aufblinken, sich in bestimmte Richtungen bewegen, sich  drehen oder vom Gerät wegfliegen. Selbst Schraubendreher und andere Werkzeuge lassen sich einblenden. Zudem lässt sich die Dauer, für die jedes grafische Elements eingeblendet wird, sowie die Reihenfolge dieser Sequenzen einstellen. Im Preview sind alle erfolgten Einstellungen laufend überprüfbar, bis das Gerät vollständig zerlegt ist.

Ist die gesamte Animation für die Demontage des Geräts erstellt und eine Bezeichnung vergeben, werden sowohl die 3D-CAD-Daten als auch die Animation selbst in das Creo-Viewing-Format PVZ übertragen und in Thingworx Studio geladen. Für die Erstellung von AR-Basisanwendungen ist es grundsätzlich auch möglich, PVZ-Dateien direkt aus Creo oder Windchill zu ziehen. Allerdings lassen sich auf diese Art keine Animationen erstellen. Für andere CAD-Programme enthält die Lösung entsprechende PVZ-Datei-Adapter, beispielsweise für Catia.
 

Grundparameter bestimmen

Die ersten Schritte in Thingworx Studio umfassen das Anlegen eines neuen Projekts inklusive Zielserver, von dem aus die spätere Anwendung geladen werden soll. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Auswahl des Mediums, über das die AR-Erfahrung ablaufen soll – Smartphone, Tablet oder eine Datenbrille.

Sind alle diese Grundparameter vergeben, wird das Modell der Handkreissäge im vor dem Anwender liegenden 3D-Raum platziert. Das erfolgt über die Widget- und Informationsleisten rechts und links auf der Bedienoberfläche. 3D- und 2D-Modus haben jeweils ein eigenes Set an Widgets, die für die weitere Bearbeitung notwendig sind. Im 3D-Modus lassen sich unter anderem die genaue Position im Raum sowie die Größenskalierung des Objekts bestimmen und die Animation einladen. 

Im Folgeschritt wird eine Thingmark – ähnlich einem QR-Code – auf dem Gerät platziert und eindeutig für diese Anwendung definiert. Indem diese ‚Marke‘ für die Anwendung ‚Zerlegen der Handkreissäge‘ festgelegt und später auf dem physischen Gerät angebracht wird, kann einfach per  Scan dieser Thingmark mittels mobiler Geräte exakt diese Anwendung geladen werden. Das Starterpaket enthält einen Basis-Pool mit 1000 Thingmarks. Im 3D-Modus können zum Abschluss noch Infos im Raum über, neben oder unter der Säge eingeblendet werden, beispielsweise ein Name für die Anwendung selbst.  
 

Bedienoberfläche gestalten

Im Anschluss wechselt der Anwender in den 2D-Modus, um die spätere Bedienoberfläche zu gestalten. Je nachdem, ob anfangs Smartphone, Tablet oder Datenbrille-Ausgabe angegeben wurde, erscheint nun eine 2D-Oberfläche in genau dem ausgewählten Format. Hier hat der Anwender die Möglichkeit, Knöpfe für Start und Stopp der AR-Animation oder für weitere Infos anzulegen und grafisch zu bearbeiten, Bezeichnungen einzubauen und alle weiteren Elemente zu kreieren, die für Handling und Ablauf der AR-Anwendung notwendig oder hilfreich sind.

Abschließend kann ein Passwort für die jeweilige Anwendung vergeben werden. Wenn alle Konfigurationen final gespeichert sind, steht der AR-Erfahrung nichts mehr im Wege. Mit etwas Übung lassen sich so bereits in wenigen Minuten AR-Anwendungen erstellen – wenig Animationsaufwand vorausgesetzt. Darüber hinaus sind im Starterpaket unterschiedlichste Beispielprojekte angelegt.  Unternehmen, die ihre ersten eigenen Anwendungen entwickeln, können sich hier viele Gestaltungsvarianten sowie den einen oder anderen Kniff abschauen.

Wenn sich am Objekt etwas ändern sollte und beispielsweise ein neuer Griff verbaut wird, versteht das Programm diese Änderungen und bettet sie entsprechend ein. Bei etwas umfassenderen Änderungen sollten lediglich die Animations-Sequenzen überprüft und bei Bedarf angepasst werden.

IoT – die nächste Stufe

Caterpillar nutzt AR-Anwendungen im Wartungsbereich: Motortemperatur, Ölstand oder bisherige Laufleistung werden auf entsprechenden Endgeräten eingeblendet.

© PTC

Ergänzend zu allgemeinen Anwendungen wie Bedienungsanleitungen besteht die Möglichkeit, die AR-Erfahrung zu individualisieren und ein einziges, bestimmtes Produkt zu betrachten. So können beispielsweise die Servicetechniker von Caterpillar per Scan der entsprechenden Thingmark eine AR-Anwendung auf ihrem Tablet aktivieren und sich Echtzeitdaten wie Motortemperatur, Ölstand oder bisherige Laufleistung virtuell direkt auf die Baumaschine einblenden lassen.

Das Ganze funktioniert, indem in Thingworx Studio entsprechende Sen-sordaten in den 3D-Raum eingebaut werden. Ähnlich wie bei der Vergabe von Labels und der für die weiteren Gestaltung des virtuellen Raums verfügbaren Widgets im ersten Beispiel bekommt der Anwender eine Auswahl an allen für ein Produkt oder eine Maschine verfügbaren Sensoren angezeigt, nachdem er sich angemeldet hat. Diese Sensoren beziehungsweise eine Anzeige für die Sensordaten kann er beliebig im virtuellen Raum positionieren und skalieren. Alle weiteren Schritte vorab und danach bleiben gleich, im Endeffekt erweitert sich nur das Informationsspektrum, auf das der Gestalter zurückgreifen kann.    

Im Falle allgemeinerer Anleitungen ist es grundsätzlich möglich, mit einer Anwendung und der dazugehörigen Thingmark auch mehrere Modelle einer Produktreihe zu bedienen, beispielsweise wenn die Schritte für den Sägeblatt-Wechsel aus dem Ursprungsbeispiel modellübergreifend gleich sein sollten. Hier erscheint lediglich ein Auswahlmenü nach Aktivierung der App, um das genaue Gerätemodell mit all seinen Design-Elementen auszuwählen oder ein Modell in einer entsprechenden Konfiguration. Spätestens jedoch mit der individuellen Erkennung von Objekten in Kombination mit Echtzeitdaten muss der Pool an verfügbaren Thingmarks entsprechend erweitert werden, um ganze Produktserien einbeziehen zu können. Schließlich benötigt im Beispiel Caterpillar jeder Bagger und jede Planierraupe eine Thingmark.

Im Praxis-Einsatz

In der Praxis gibt es bereits zahlreiche weitere Beispiele für den Einsatz von AR für die Überwachung und Wartung von technischem Equipment. Der Rennwagenbauer Griiip aus Italien überwacht seine Rennwagen mittels digitalen Zwillings, der auf einem Tablet inklusive aller Telemetrie-Daten eingeblendet wird, nachdem der Ingenieur die Thingmark auf dem Boliden gescannt hat. 

Schneider Electric ermöglicht es seinen Servicetechnikern, sich verschie-dene statistische Werte wie Standort, Temperatur, Batteriestatus, mögliche weitere Nutzungsdauer und vieles mehr auf ein Tablet virtuell über das sich vor ihnen befindliche USV-System zu legen, das beispielsweise in einem Mi-krorechenzentrum verbaut ist. Wechselt der Status-Indikator auf Orange, ist eine Wartung notwendig. Für die Durchführung erhält der Servicetechniker klare Instruktionen, wie dabei vorzugehen ist. Das erlaubt es ihm, seine Aufgabe fehlerfrei zu erledigen.

Die Erstellung eigener AR-Anwendungen kann tatsächlich einfach und rasch erfolgen, wenn komplette 3D-CAD-Daten vorliegen. PTC bietet beispielsweise Unternehmen das Thingworx-Studio-Starterpaket kostenlos 90 Tage zum Testen an. Erst wenn kommerzielle Angebote entwickelt und umgesetzt werden, fallen die ersten Kosten für die Nutzung an.

Autorin: Andrea Hallscheidt ist Applikationsspezialistin bei PTC.