Virtual Reality

Industrie 4.0 Konzepte. Virtual Reality

(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)

- in Arbeit -

Virtual Reality

Im Kontext Industrie 4.0 ist unter Virtual Reality das Zusammenspiel eines (virtuellen) Cyber-Physischen-Produktionssystems (CPS; siehe → technikzentrierte Konzepte, Link öffnet im eigenen Fenster) und einer virtuellen Umgebung zu verstehen.

In diesem Zusammenhang kann auch der vorgestellte Roboter als CPS verstanden werden, da er potentiell die geforderten Funktionen erfüllen kann (bspw. Einsatz in Produktion, Netzwerkfähigkeit). Im folgenden wird daher von einem Roboter gesprochen, das Gleiche gilt sinngemäß für ein CPS.

Hier interessieren besonders Fragen zur Schulung / Weiterbildung, beispielsweise:

  • Welche Kompetenzen sind notwendig, um eine spezifische vernetzte Arbeitsumgebung zu definieren (sowohl fest konfiguriert als auch dynamisch konfigurierbar)? 
  • Für eine spezifische vernetzte Arbeitsumgebung (geplant oder existierend), welche Kompetenzen sind zur Spezifikation und Auswahl eines geeigneten Roboters notwendig?
  • Welche Kompetenzen sind notwendig, um einen Roboter innerhalb einer vernetzten Arbeitsumgebung zu steuern und instandzuhalten (auch in Teamarbeit)?
  • Welche Kompetenzen sind notwendig, um eine virtuelle Simulation der vernetzten Arbeitsumgebung zu spezifizieren?
  • Welche Kompetenzen sind notwendig, um geeignete Werkzeuge zur Simulation der vernetzten Arbeitsumgebung auszuwählen?
  • Welche Voraussetzungen sind notwendig obige Kompetenzen zu erlangen und weiter zu entwickeln; wie sollen solche Kompetenzen vermittelt werden und durch wen; wie kann Wissenstransfer geeignet gemessen und dokumentiert (anerkannt) werden?

Unter Kompetenzen sind nicht nur Fachkompetenzen (Faktenwissen, Konzeptwissen, Wissen über Abläufe) zu verstehen, sondern vor allem auch SelbstkompetenzenSozialkompetenzen und Metakompetenzen (→ vgl. Nicht-technikzentrierte Begriffe und Konzepte; Link öffnet im eigenen Fenster).

Diese Fragen sind insofern relevant, da angenommen werden muss, dass herkömmliche Konzepte der formellen Bildung, sowie die der nicht-formalen und informellen (betrieblichen Weiterbildung), nicht für alle Fragen ausreichenden Antworten liefern können.

Es folgt die Beschreibung eines konkreten Anwendungsfalles zur Virtual Reality.

Anmerkung. Die hier vorgestellten kommerziellen Produkte wurden auf Grund ihrer Qualität beispielhaft ausgewählt. Empfehlungen für ihren Einsatz sind jedoch nicht notwendigerweise abzuleiten.

CPS / Roboter

Der Roboter tEODor PRO ( Firma Telerob, Ostfildern) wird auf Grund seiner Vielseitigkeit weltweit mehr als 500x eingesetzt. Es handelt sich um einen programmierbaren 6-Achsen-Manipulator mit 100kg Tragkraft, mit den Abmessungen Länge/Breite/Höhe in mm 1300/685/1240 und einem Gewicht von 375 kg, siehe Abbildung.

teodor

Die Bedienung ist laut Hersteller einfach. Auf Grund der verschiedensten spezialisierten Einsatzmöglichkeiten, auch in Gefahrenbereichen, ist in der Praxis umfangreiches Training notwendig. Nicht immer ist dies am tatsächlichen Einsatzort möglich oder sinnvoll.


Simulation

Für Schulungszwecke werden daher bevorzugt Simulationen eingesetzt. Diese beginnt mit der virtuellen Konfiguration a) des Roboters, der je nach Einsatzgebiet unterschiedlich ausgerüstet sein kann, und b) der getreuen virtuellen Nachbildung der Einsatzumgebung.

Das folgende Video zeigt eine Lösung der Firma Szenaris, Bremen, mit der die notwendigen Konfigurationen (Roboter, Einsatzumgebung) sowie die eigentliche Bedienung wie unter echten Bedingungen trainiert werden kann (ca. 3 Minuten;öffnet in eigenem Fenster):

 

→ Teodor Simulator

 Schließlich noch ein Video eines tatsächlichen Einsatzes eines Teodor Roboters in der böhmischen Stadt Usti nad Orlici. Ein Bankmitarbeiter informierte die Polizei über ein verdächtiges Objekt, das in einem Mülleimer vor der Bank platziert wurde. Die Polizei evakuierte umgehend das Gebiet und entfernte mit Hilfe des Roboters das Objekt, siehe Video (ca. 2 Minuten, öffnet in eigenem Fenster):

→ Teodor Einsatz

 Das nachstehende interaktive Element wurde mit der Programmiersprache Wolfram Mathematica erstellt. Es zeigt einen industriellen Roboterarm, der über sechs Rotationsebenen sowie einem Greifer steuerbar ist. Für die interaktive Bedienung werden entweder die Browser Internet Explorer oder Firefox, sowie der Wolfram CDF Player (kostenloser Download) benötigt:

Model of an Industrial Robot Arm from the Wolfram Demonstrations Project by Karl Scherer

 Wolfram Mathematica


Das Knowledge System Mathematica basiert auf der Programmiersprache Wolfram, mit der das interaktive Element "Industrial Robot Arm" erstellt wurde (Scherer; Wolfram Demonstrations Project).

Mathematica- Anwendungen lassen sich auf verschiedene Plattformen implementieren. Das obige interaktive Element wurde als CDF (Interactive Computable Document Format) erstellt, zu dessen Darstellung der kostenlose CDF - Player benötigt wird (vergleichbar mit Acrobat Reader). Einer der Vorteile liegt in einer praktisch verzögerungslosen Darstellung.
Durch die Mächtigkeit von Wolfram Mathematica, sowie der Möglichkeit, auf einfache Weise interaktive Elemente erstellen zu können, ist es ein bevorzugtes System für anspruchsvolle Lehr- und Lernanwendungen.

Zur Veranschaulichung einer Cloudlösung nachstehend ein einfaches interaktives Element zur Darstellung eines Kreisdiagramms (Pie Chart). Zum einen ist eine Internetverbindung notwendig, zum anderen können - je nach Bandbreite und Serverauslastung - Verzögerungen bei der Darstellung auftreten. Der CDF - Player wird bei einer Cloudlösung nicht benötigt.

Hinweis: Verwenden Sie den Schieberegler, um die Anzahl der Personen einzugeben, bei der die jeweiligen Haarfarben erhoben. Sie können auch auf das + - Zeichen neben dem Schieberegler klicken, um direkt einen Wert einzugeben.

Scrollen Sie nach dem Öffnen des Links nach unten, drei verschiedene Darstellungen werden angezeigt.

Interaktiv: Kreisdiagramm (Pie Chart). Öffnet auf neuer Seite

Der dazugehörige Code ist trivial, für das dritte (untere) Kreisdiagramm zur Veranschaulichung wie folgt:

Manipulate[Tooltip[PieChart[{blond, braun, schwarz},ChartelementFunction → "GlassSector",ChartStyle → "Pastel",ChartLabels → {"blond","braun","schwarz"}]],{blond,1,10,1},{braun,1,10,1},{schwarz,1,10,1}]

Last modified: Tuesday, 30 June 2020, 8:05 PM