3D-Daten-Streaming für neue industrielle Anwendungen

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Wir hatten den Hype um Augmented und Virtual Reality im Consumer-Bereich. Diese Technologien sind mittlerweile auch für Industrieanwendungen verfügbar und bezahlbar. Jetzt geht es darum, im Bereich Industrial Services konkreten Nutzen daraus zu ziehen. Grundsätzlich werden 3D-Daten schon seit langem in der Industrie genutzt- meist in der Produktentwicklung und in der Konstruktion, wo sie mit Expertentools erzeugt und bearbeitet werden.

 

Es gibt aber eine große Nachfrage nach Use Cases, die deutlich weiter gehen: Zum Beispiel die Live-Visualisierung von Produkten für Kunden oder Produkt-Spezialisten, nach Möglichkeit sogar vor Ort mit Hilfe von Augmented-Reality-Geräten. Oder die Zusammenarbeit an einem gemeinsamen 3D-Modell von unterschiedlichen Nutzern über die Prozesskette hinweg. Und schließlich im After Sales die Möglichkeit, 3D-Daten für geführte Reparaturen oder Schulungen zu nutzen.

 

Die Herausforderung

Siemens LDA (für Large Drive Applications) ist der führende Hersteller von Motoren und Umrichtern für verschiedenste Branchen und Applikationen. Diese Produkte sind kundenindividuelle Anlagen mit einer starken Produktvarianz. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor ist in jedem einzelnen Projekt eine intensive Abstimmung und Zusammenarbeit mit dem jeweiligen Kunden.

 

Die Zusammenarbeit umfasst insbesondere die Besprechung und den Austausch von 3D-Perspektiven, wobei neben Mitarbeitern der Kunden jeweils auch Experten aus unterschiedlichen Siemens-Abteilungen beteiligt sind: Idealerweise arbeiten sie alle mit einem 3D-Modell in der nötigen Detail-Tiefe, das sie auf ihren Bildschirmen betrachten, interaktiv manipulieren und mit Anmerkungen versehen können. Dieses Modell kommt als Entwurf aus einem Engineering-Baukasten und enthält unter anderem bereits die abzustimmenden Schnittstellen und Anschlusspunkte sowie erforderliche Informationen zu Materialien und sonstigen Eigenschaften.

 

Solche Visualisierungen erfordern bislang Konstruktions-PCs, die speziell für 3D-Anwendungen gemacht sind. Die Herausforderung dabei ist die extreme Datenmenge, die mit einem hohen Durchsatz auf den Bildschirm gebracht und in Echtzeit dargestellt werden muss. Visualisierungen, die nicht performant genug sind, lassen sich nicht sinnvoll einsetzen: Da ruckelt alles, wenn man das Modell drehen möchte. Komplexe 3D-Modelle mit hohem Detailgrad lassen sich deshalb wegen ihrer Datenfülle nicht ohne weiteres auf jedes Gerät bringen und dort rendern.

Eine weitere wichtige Aufgabe ist die Integration der 3D-Daten und der erforderlichen Zusatzdaten in die Prozesskette, so dass die unterschiedlichen Prozessbeteiligten mit dem passenden Modell arbeiten können und sämtliche nötigen Informationen verfügbar haben.

 

Die Lösung

Die Lösung für Siemens wurde in einem gemeinsamen Projekt von 4Soft als Projektunternehmen auf Basis der instant3Dhub-Plattform von Threedy entwickelt.

instant3Dhub macht beliebig große und komplexe 3D-Modelle für alle Anwender in der Prozesskette interaktiv zugreifbar – und zwar mit hoher Performanz auf jedem beliebigen web-fähigen Device: vom Smartphone über das Tablet und das „ganz normale“ Notebook bis hin zur HoloLens.

Dazu werden 3D-Daten aus den vielen Expertentools, die in den Firmen vorhanden sind, eingesammelt. Da geht es um die rund 40 gängigsten Industrieformate, darunter klassische CAD-Formate wie NX, Catia, STEP oder JT. Datenarten lassen sich auch mischen, das heißt, es lassen sich beispielsweise auch Maschinen in einem Gebäude visualisieren.

 

Die Ausgangsdaten müssen dazu nicht verändert oder komprimiert werden, sondern können so bleiben, wie sie in den bestehenden Prozessen anfallen. Für das Streaming der Daten hat das Forschungsinstitut Fraunhofer IGD (dessen Ausgründung Threedy ist) in 20 Jahren Forschungsarbeit eine ausgefeilte Beschleunigungstechnologie entwickelt: Die Dreiecke in jedem Geometrieelement werden dazu komplett neu berechnet und beschleunigt zur Visualisierung gebracht. Auf diese Weise beschleunigt Threedy die Visualisierung um 95%. Ein vollständiges Modell eines Mercedes-Benz-Fahrzeugs lässt sich so beispielsweise in 30 Sekunden auf jedes beliebige Endgerät laden. Bei dem Siemens Use Case stehen die Daten von kompletten Motoren und Umrichtern samt den enthaltenen Baugruppen nahezu verzögerungsfrei zur Verfügung.

 

Eine reine Visualisierung von 3D-Daten ist in den meisten Fällen allerdings nicht ausreichend, um die Anforderungen der Anwender zu erfüllen und sie bei ihrer Arbeit optimal zu unterstützen. Sie benötigen eine auf sie zugeschnittene Anwendung, die ihnen für ihre jeweilige Anwendungsfälle im Prozess passende Interaktionsmöglichkeiten und Funktionen bietet. Der größte Nutzen ergibt sich für den Kunden regelmäßig dann, wenn man die 3D-Daten mit Daten aus anderen Systemen verknüpft.

Deshalb sind Prozess- und Datenanalyse sowie Anwendungsentwicklung und -integration essenzielle Themen im Projekt. Für diesen Part ist die 4Soft GmbH mit an Bord. Sie unterstützt den Kunden auf Basis ihrer umfangreichen instant3Dhub-Expertise dabei, die Anforderungen für das System zu analysieren und gemeinsam eine Systemvision zu erarbeiten. Einer der ersten Schritte ist dabei meist die Erarbeitung eines Proof-of-Concept, um dem Kunden schon nach kurzer Zeit zu zeigen, wie eine Anwendung gestaltet sein kann. In der Folge wird die Anwendung dann in einem agilen Prozess schrittweise umgesetzt und in die bestehende IT-Infrastruktur des Kunden integriert.

Neben der Gestaltung der Prozesskette sind in der Folge regelmäßig Datenintegration und Datenaufbereitung zentrale Projektthemen, begleitend zur Spezifikation und Umsetzung von Schnittstellen zu anderen Systemen. Oft sind 3D-Daten beispielsweise hauptsächlich für die Produktion gedacht und gemacht. Wenn auf dem Weg zu einem „Digitalen Zwilling“ zusätzliche Beteiligte und Prozessschritte integriert werden sollen, muss überlegt werden, welche Daten zusammengehören und welche Qualität sie haben müssen, damit sie zum Beispiel auch im Aftersales-Bereich für die Wartung tauglich sind. 

 

Im Projekt mit Siemens lag der Fokus zunächst auf der Verbesserung und Beschleunigung der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Prozessbeteiligten beim Kunden und bei Siemens. Zukünftig ist mit i3Dhub im Rahmen der Siemens-eigenen IIoT-Architektur „SIDRIVE IQ X-Ray“ noch wesentlich mehr möglich: Die von i3Dhub bereitgestellten und verteilten 3D-Daten eignen sich ideal als Kernbestandteil und Kristallisationspunkt eines digitalen Zwillings. Umrichter und Motoren sind beispielsweise schon heute über eine Connectivity-Box angeschlossen und senden ihre Time-Series Data in die Cloud. Ein Plant Engineer könnte sich diese Daten dann direkt vor Ort in der Schalthalle an der jeweiligen Maschine als Overlay in der AR-Brille anzeigen lassen.

 

Das Ergebnis

Bereits bei Konstruktion und Auslegung ist instant3Dhub heute für Siemens ein wertvolles Werkzeug: Durch die direkte Kommunikation zwischen den Konstrukteuren und den Wartungs- und Betriebsexperten bei Siemens und beim Kunden werden zeitaufwändige Abstimmungsrunden vermieden. Damit lassen sich frühzeitig Fehler vermeiden, die beim sequenziellen Arbeiten lange unentdeckt geblieben wären.

 

Auch bei der Inbetriebnahme gibt es viele Vorteile. Siemens kann dem Kunden bei der Inbetriebnahme von Umrichtern zum Beispiel die Anschlusspunkte und Kabelschächte sowie sonstige Produktbesonderheiten in einer viel anschaulicheren Art und Weise präsentieren als in der Vergangenheit. So wird dem Kunden früh klar, wie das Produkt funktioniert, und die Inbetriebnahme verläuft reibungslos.

 

Diese grundlegenden Vorteile nutzen auch andere Unternehmen: Beispielsweise hat BMW auf Basis von instant3Dhub eine Visualisation-as-a-Service Platform mit über 25 Use Cases entwickelt – das geht von der reinen Visualisierung von PDM-Daten bis hin zur Unterstützung von Supplier/Vendor Collaboration und DMU-Anwendungen. Porsche visualisiert damit im Bereich Aftersales 3D-animierte Reparatur- und Service-Leitfäden, die in den Werkstätten weltweit mit AR/VR-Anwendungen fahrzeugspezifisch abgerufen werden können.

 

Im Ergebnis findet damit regelmäßig so etwas wie eine „Demokratisierung der 3D-Daten“ entlang der Prozesskette statt, weil jetzt auch Beteiligte und Stakeholder ohne Expertentools unkompliziert teilhaben können.

 
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