Innovative Datenwelten: Virtual und Augmented Reality

Das neue Werk im mexikanischen San José Chiapa wird ab 2016 weltweit der vierzehnte Standort sein, an dem der Audi-Konzern produziert. Eine Vielzahl an digitalen Technologien helfen dabei, das globale Wachstum zu gestalten. So erfolgt ein Großteil der Fabrikplanung längst mithilfe von Tools der Virtual Reality (VR). Virtual und Augmented Reality-Anwendungen durchziehen heute alle Bereiche des Unternehmens und ermöglichen eine zeit- und kosteneffiziente Planung.

Gigantischer Datensatz: die digitale Fabrik
Die Powerwall in den Räumen der Audi-Werkplanung hat mit sechs Metern Breite und 2,4 Metern Höhe fast das Format einer Kinoleinwand. Die Bilder, die sie zeigt, stammen von einem digitalen Beamer, aufgelöst in 6,7 Millionen Pixel. Das Rechencluster, das die Bilder generiert, besteht aus 11.520 Rechenkernen. Das entspricht der Summe von insgesamt 1.440 Highend-Notebooks.

Diese Technik erlaubt es den Werkplanern, eine neue Fabrik mit allen Gewerken als vollständiges digitales Modell aufzubauen – noch bevor der erste Bagger anrollt. Dadurch können die Mitarbeiter sicherstellen, dass bei der Umsetzung später alle Rädchen perfekt ineinander greifen – vom grundlegenden Werklayout und der Logistik über das Zusammenspiel der Anlagen und Betriebsmittel bis hin zu den Details der einzelnen Prozessschritte.

Audi hat seine beiden Stammwerke Ingolstadt und Neckarsulm sowie die Standorte im ungarischen Győr, im belgischen Brüssel und im mexikanischen San José Chiapa vollständig digitalisiert. Die Fabrik in Mexiko beispielsweise, die im kommenden Jahr ans Netz gehen wird, ist in der Außenansicht schon heute bis ins letzte Detail auf der Powerwall darstellbar – bis hin zu den Schatten, die die Feuerleitern auf die Wände werfen. Im Inneren ist die Darstellung bewusst technisch gehalten. Sie zeigt die Installationen – Tragwerk, Kabelbäume und Roboter – in sogenannten „Ersatzfarben“, welche den Experten eine schnelle und sichere Orientierung ermöglichen.

Die Werkplaner können sich nach Belieben in diesen virtuellen Räumen bewegen und zum Beispiel Bewegungsabläufe der Roboter im Karosseriebau überprüfen sowie Schweißzangen betätigen. Die virtuelle Montageplanung erlaubt es ihnen, jeden Arbeitsplatz mit Blick auf Prozesssicherheit der Abläufe und auf Ergonomie unter die Lupe zu nehmen. Die digitale Fabrik ist in jedem Detail transparent, bis hin zu komplexen Prozessen wie Schweiß- oder Lackiervorgängen. In Zusammenarbeit mit den jeweiligen Fach-Experten untersuchen die Planer mithilfe der Virtual Reality selbst Spezifika wie Temperatursimulation und Strömungsdynamik.

Exakter Abgleich: Augmented Reality im Vorseriencenter
Der Begriff „Augmented Reality“ (AR) beschreibt ein System, das Kamera-Aufnahmen der realen Welt mit virtuellen Informationen aus einem Rechner überblendet. Audi hat im Vorseriencenter (VSC) am Standort Ingolstadt eine höchstpräzise AR-Anwendung mit dem Namen „Window to the World“ installiert. Audi ist weltweit das erste Unternehmen, das ein derartiges System einsetzt.

Das „Window to the World“ basiert auf der virtuellen Darstellung der verschiedenen Teile eines Automobils, die ein Rechner anhand ihrer Konstruktionsdaten erstellt.

Die Entwickler verwenden das System zum einen, um an einem Prototypen verschiedene Designvarianten zu visualisieren und mit einander zu vergleichen. Dazu überlagern sie das Kamera-Bild des Autos mit fotorealistischen Daten, beispielsweise verschiedener Stoßfängervarianten. So kann das Unternehmen bei der Entwicklung auf teure Prototypen-Bauteile verzichten.

Zum anderen ermöglicht „Window to the World“ den Mitarbeitern, an einem Prototypen- oder Vorserienfahrzeug auf den Millimeter genau zu überprüfen, ob die Bauteile richtig montiert sind. So lassen sich mögliche Fehler bereits in der Entwicklungsphase schnell beheben.

Für den Abgleich mit dem realen Modell filmt eine Stativkamera den jeweiligen Part direkt am Auto, beispielsweise den Motorraum. Ein Infrarot-Trackingsystem ermittelt gleichzeitig die genaue Position des Kamerabildes. Ein Rechner legt dieses Kamera-Bild mit der virtuellen Darstellung des Motorraums zusammen, die aus den Konstruktionsdaten aufgebaut ist. Möchte der VSC-Spezialist nun analysieren, ob ein bestimmter Kühlwasserschlauch passgenau liegt, filmt er diesen gezielt mit einer Handkamera. Das Programm überlagert die tatsächliche Position mit der Soll-Position aus den Konstruktionsdaten. Liegen die Bauteile übereinander, entspricht das Bauteil passgenau der konstruktiven Vorgabe. Weichen die Positionen voneinander ab, kann der Mitarbeiter dies über den Monitor leicht und in Echtzeit erkennen, analysieren und beheben.

Mit dem Tool „Window to the World“ untersuchen die VSC-Mitarbeiter große Teile des Autos – vom Fahrwerk über das Exterieur und den Motorraum bis hin zum Interieur. Der darauffolgende Soll-/Ist-Vergleich liefert ihnen exakte Aufschlüsse – im Dienste einer kompromisslosen Audi-Qualität.

Erlebnis virtuelles Autohaus: die Audi VR experience
Die Audi VR experience bietet Kunden erstmals die Möglichkeit, ihr Wunschauto über eine Virtual Reality-Brille nahezu realitätsnah und lebensecht zu konfigurieren. Dabei können sie das Exterieur aus den verschiedensten Perspektiven betrachten, einen Blick in den Kofferraum werfen oder auf dem Fahrersitz Platz nehmen. Ein Highend-Kopfhörer überträgt zudem sämtliche akustische Signale – vom Schließen der Türen bis zum Klang der Soundanlage. Die sogenannte „Immersion“ – die Einbindung in die virtuelle Welt – ist nahezu perfekt.

Die VR-Brille arbeitet mit einem Hochleistungsrechner zusammen. Dieser stellt in hoher Geschwindigkeit extrem detaillierte Datensätze aller aktuellen Audi-Modelle bereit – inklusive Ausstattungs- und Individualisierungsoptionen. Eine Kamera verfolgt dabei die Kopfbewegungen des Nutzers und managt entsprechend dazu die Bilddarstellung in der VR-Brille. Die neue Technologie wird noch in diesem Jahr bei den ersten Händlern zum Einsatz kommen – mit besonderem Fokus auf die aufstrebenden Wachstumsmärkte. Künftig ist auch ein mobiler Einsatz denkbar, etwa bei den Kunden zu Hause.

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