6 Einsatzmöglichkeiten von Augmented Reality in der Fertigung jeder Branche

Augmented Reality (AR) verändert die Art und Weise, wie wir uns in der Fertigung vernetzen und interagieren. Als erweiterte Version unserer Umgebung kombiniert Augmented Reality digitale und audiovisuelle Elemente, die die reale und die digitale Welt verbinden.

Anders als Virtual Reality (VR) ermöglicht AR eine Interaktion zwischen computergenerierten Informationen und der Umgebung um Sie herum. VR trennt den Nutzer von der realen Welt, indem das Headset die wirkliche Wahrnehmung blockiert. AR hingegen stellt beide Welten nebeneinander. Ob es nun darum geht, ein Pokémon auf dem Gehweg zu platzieren, sich einen neuen Stuhl im Büro vorzustellen oder Arbeitsanweisungen auf Ihrer Arbeitsstation anzuzeigen – diese Darstellungen fügen unserer Realität eine neue Ebene hinzu. Zusammen verbessert AR die Fertigungsmöglichkeiten und ist damit das ideale Werkzeug für Industrie 4.0.

Augmented Reality in der Fertigung

Hersteller investieren verstärkt in Mensch-Maschine-Interaktion. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, setzen führende Hersteller weiterhin auf Automatisierung für einfache, sich wiederholende Aufgaben und die Datenerfassung. Dennoch bleiben manuelle Prozesse äußerst relevant. Hersteller übertragen ihren Mitarbeitern komplexere Aufgaben und erhöhen ihre Flexibilität gegenüber Varianten. Indem sie über diese Silos hinausgehen und Fabriken durch Augmentierung befähigen, steigen Datenverfügbarkeit und komplexe Problemlösung, was insgesamt die Effizienz und Produktivität erhöht.

Augmented Reality schafft diese Verbindung. Sie führt und erfasst manuelle Prozesse, wodurch ein neues Verständnis unserer Abläufe entsteht. Forschung zur Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine mithilfe von AR an der Universität Patras ergab, dass „AR-Schnittstellen sich in die Arbeitsumgebung einfügen und sie bereichern können, wodurch die Interaktion mit [Robotern] natürlich und intuitiv wird.“

Solche Forschungsergebnisse zeigen, dass die Verbindung von Mensch und Maschine mithilfe von AR führenden Herstellern dabei hilft, Herausforderungen zu erkennen. Schon die kleinsten Bewegungen, die durch 3D-Sensoren und Machine-Vision-Kameras erfasst werden, können mit den besten AR-Lösungen für die Fertigung als feinste Datenpunkte identifiziert werden. Das Zusammenführen dieser Daten führt Hersteller zu den genauen Momenten, in denen es auf Unternehmensebene zu Ineffizienzen kommt, und zeigt ihnen, wie sie die Abläufe optimieren können, um die Produktivität zu steigern.

Schauen wir uns einige der wichtigsten Vorteile an, die der Einsatz von Augmented Reality in der Fertigung bietet.

6 Anwendungsfälle von AR in der Fertigung, die für operative Effizienz sorgen

1. Schulung & Weiterbildung

Der Einsatz von AR-Lösungen, um Schulungs- und Weiterbildungsherausforderungen in der Fertigung zu lösen, bringt Unternehmen und Mitarbeitern auf allen Ebenen Vorteile. Digitale AR-Arbeitsanweisungen lassen sich skalieren, um den Anforderungen von Betrieben auf jeder Ebene gerecht zu werden – ob auf Individual-, Fabrik- oder Unternehmensebene. Mit einem Klick kann man problemlos zwischen Programmen wechseln und Schulungen für einzelne Personen oder große Gruppen anbieten. Diese Programme passen sich zudem jeder Qualifikationsstufe an und sind für Anfänger ohne Fertigungshintergrund wie auch für Mitarbeiter mit über 30 Jahren Erfahrung geeignet.

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Vor allem vereinheitlichen digitale Arbeitsanweisungen die Schulung. Mündliche Anweisungen können je nach Person, die einen schult, variieren. Papierbasierte Anweisungen können sich danach richten, wann sie zuletzt aktualisiert wurden. Augmented-Reality-Arbeitsanweisungen werden unternehmensweit mit einem Klick aktualisiert. Verbundene Systeme aktualisieren sich zeitgleich, sodass es keine Informationslücken gibt. Zudem gewährleisten digitale Arbeitsanweisungen, dass an jeder Arbeitsstation dieselben Informationen vorliegen.

2. Digitale Arbeitsanweisungen

Ähnlich dazu führen AR-Arbeitsanweisungen die Mitarbeiter durch standardisierte Abläufe. Anstatt dass ein Arbeiter drei Arbeitsschritte gleichzeitig liest und nur ein Bild dazu sieht, projiziert AR die Arbeitsanweisungen direkt auf die Arbeitsfläche und leitet die Mitarbeiter Schritt für Schritt. So konzentriert sich alles auf die Qualität dieses einen Schrittes, was die Zeit, Fehler und kognitive Belastung für den Mitarbeiter erheblich reduziert.

Zudem erleichtert AR das Erstellen digitaler Arbeitsanweisungen. Indem visuelle und akustische Hinweise in die einzelnen Arbeitsschritte eingebaut werden, wird weniger Text benötigt. In Systemen wie der AR-Software von LightGuide gibt es weitere sensorische Funktionen wie Tonsignale, blinkende Lichter, Animationen und Videos, um die Aufmerksamkeit auf die Anweisungen zu lenken. All diese Funktionen können über eine Drag-and-Drop-Oberfläche programmiert werden, was die Zeit für die Erstellung von Arbeitsanweisungen für Fertigungs- und Montageprozesse deutlich verkürzt.

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6 Tipps zum Verfassen praxisnaher Arbeitsanweisungen

3. Produktvariation

Sobald Arbeitsanweisungen erstellt sind, werden sie einem Programmkatalog hinzugefügt, der auf jedem AR-System verfügbar ist. Wenn pro System mehr als ein Verfahren bereitsteht, können die Mitarbeiter sich schnell und bequem an Produktvariationen anpassen. Ein einzelner Barcodescan ermöglicht es AR-Software, die mit einem unternehmensweiten MES- oder SPS-System verbunden ist, ein neues Teil zu erkennen und automatisch die passenden Arbeitsanweisungen abzurufen.

4. Qualitätssicherung

Inspektion und Überprüfung sind von entscheidender Bedeutung, um Qualität sicherzustellen. Dennoch ist es immer noch üblich, dass Prüfungen erst am Ende eines Prozesses stattfinden. Mit AR-gestützten Lösungen können Arbeitsanweisungen kurze Inspektionsschritte in jeden Prozessschritt einbinden, ohne die Zykluszeit zu beeinträchtigen.

Die AR-Software von LightGuide integriert sogar 3D-Vision-Kameras und maschinelles Lernen, um Fehler wie das korrekte Drehmoment, die richtige Kabelverlegung und das Zählen nach Teiltyp zu erkennen. Sie speichert sämtliche Inspektionsinformationen – zusammen mit allen Prozessdaten – und fügt bei Bedarf Schnappschüsse hinzu, um zusätzliche Sicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus verfügt die LightGuide-AR-Software über eine „No-Fault-Forward“-Struktur. Das bedeutet, dass ein Mitarbeiter nicht zum nächsten Schritt übergehen kann, bevor er sich nicht absolut sicher ist, dass der aktuelle Schritt korrekt ist.

5. Ergonomie

Da Augmented Reality digitale Einblendungen auf den umgebenden Oberflächen anzeigt, kann sie sich an Ihre Bedürfnisse anpassen. Nicht jeder arbeitet in derselben Umgebung. Anpassungen sind notwendig, abhängig von der Art der auszuführenden Tätigkeit, dem Ort und dem Umfang. In der Ergonomie werden diese als physische, kognitive und organisatorische Anforderungen definiert. Zusammen beeinflusst die Ergonomie ganz wesentlich, wie Ihre Mitarbeiter mit ihren Aufgaben interagieren.

AR-Digitalarbeitsanweisungen sind anpassbar. Wenn Änderungen vorgenommen werden müssen, um den Bedürfnissen der Mitarbeiter gerecht zu werden, kann dies in wenigen Minuten geschehen. Darüber hinaus können digitale Arbeitsanweisungen Text in mehreren Sprachen bieten. Da die visuellen und akustischen Elemente nur wenig Text erfordern – was Sprachbarrieren automatisch reduziert – können zusätzliche Schaltflächen das Umschalten zwischen verschiedenen Sprachen sofort ermöglichen.

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6. Manuelle Prozessdaten & Analysen

Mit dem Aufstieg der Automatisierung stieg auch die Verfügbarkeit von Prozessdaten. Dennoch bleiben manuelle Prozesse relevant, und Hersteller erfassen meist kaum neue Daten daraus. Augmentierung bringt beide Verfahren zusammen.

AR-Technologie ermöglicht es Herstellern, sowohl auf manuelle als auch auf automatisierte Prozessdaten gleichzeitig zuzugreifen. Sie erfasst weiterhin Zykluszeiten und Fehler, fügt jedoch zusätzliche feine Referenzpunkte hinzu. Beispielsweise protokollieren AR-Arbeitsanweisungen die Schrittzeiten, die genauen Aktionen, die zu einem Fehler führten, sowie Echtzeit-Betriebskennzahlen. Insgesamt liefert diese ergänzende manuelle Datenerfassung ein umfassenderes Bild der Werksfunktionalität und zeigt genau, wann und wo Probleme auftreten.

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Fertigungsbranchen, die von Augmented Reality profitieren

Hersteller in verschiedenen Branchen weltweit investieren in AR-Lösungen. Obwohl sie mit unterschiedlichen Herausforderungen konfrontiert sind, ist AR vielseitig genug, um alle diese Probleme zu lösen und zusätzliche Vorteile zu bieten.

Hier ein Blick darauf, wie führende Hersteller Augmented Reality einsetzen, um die operative Effizienz zu steigern.

1. Automobilfertigung

Zu sagen, dass es in der Automobilfertigung viele Varianten gibt, ist eine Untertreibung. Allein Ford hat weltweit 41 verschiedene Fahrzeugmodelle. Und das schließt nicht einmal die Varianten bestimmter Modelle ein, was bedeuten kann, dass es für Modelle wie den Ford Ranger bis zu 15 verschiedene Ausführungen gibt. Dazu kommen noch all die verschiedenen Farboptionen und individuellen Anpassungen …

All diese Optionen bedeuten, dass sich die Produktion schnell ändern kann. In der einen Stunde montieren die Mitarbeiter vielleicht einen Griff für den Ford Ranger und in der nächsten den Mustang. Augmented Reality findet Anwendung in der Automobilfertigung, indem sie diese Veränderungen angesichts der extremen Varianten, die sowohl OEMs als auch Zulieferer produzieren müssen, augenblicklich und effizient gestaltet.

Ein hervorragendes Anwendungsbeispiel, um den Einsatz von AR in der Automobilfertigung zu veranschaulichen, ist die Montage von Dachhimmeln. Wenn ein derart großes Teil am Fließband ankommt, muss der Mitarbeiter genau wissen, wo Polsterung, Klebstoff, Kabelbaum und/oder andere Komponenten angebracht werden müssen. Oft müssen diese Platzierungen, um dem jeweiligen Modell zu entsprechen, auf wenige Millimeter genau sein.

Durch das Hinzufügen digitaler Arbeitsanweisungen erhält ein Mitarbeiter eine genaue Vorlage dessen, was produziert werden soll. Die Platzierungen werden direkt auf das Teil projiziert, sodass es kein Rätselraten mehr bei der Positionierung gibt. Fehler werden deutlich verringert und Produktivität sowie Effizienz steigen sprunghaft an.

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2. Luft- und Raumfahrt & Verteidigung

In der Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung ist Qualität das A und O. Produkte müssen garantiert zu 100 % korrekt montiert sein, auch wenn das den Durchsatz verringert. Überlegen Sie einmal: Sie würden sicherlich gerne länger warten, bevor Sie in ein Flugzeug steigen, wenn Sie wüssten, dass dort keine Schraube fehlt.

Ironischerweise liegt die Branche trotz innovativer Technologien in Luft- und Raumfahrtprodukten selbst hinterher. Oft arbeiten diese Werke noch mit mündlichen und schriftlichen Arbeitsanweisungen. Das vorhandene Erfahrungswissen (tribal knowledge) ist zwar wertvoll. Allerdings vergrößert die Zunahme an Kündigungen in dieser Branche die Qualifikationslücke erheblich.

Augmented-Reality-Anwendungen erstrecken sich auf die Fertigung in Luft- und Raumfahrt, indem sie Qualität sicherstellen und Arbeitsanweisungen standardisieren sowie digitalisieren. Die No-Fault-Forward-Schritte in LightGuide-AR-Software bieten eine weitere Bestätigungsebene, sodass der Mitarbeiter nicht weitermachen kann, bevor die Schritte korrekt abgeschlossen sind.

Zudem verbessert die Verwendung digitaler Arbeitsanweisungen den Prozessablauf. In der Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung gibt es eine hohe Variantenvielfalt und lange Standarddurchlaufzeiten, weshalb ein One-Piece-Flow-Prozess vorteilhaft ist. Das bedeutet, dass an jeder Station Unterbaugruppen gefertigt und weitergegeben werden, bis das Teil fertig ist. Mithilfe von AR-Arbeitsanweisungen sehen die Mitarbeiter die Schrittanweisungen genau dort, wo sie benötigt werden, und erhalten eine Bestätigung in jedem Schritt, was Fehler verhindert und eliminiert.

AR-Arbeitsanweisungen bieten auch einen zusätzlichen, überraschenden Vorteil. Da AR-Software manuelle Prozessdaten erfasst, nimmt sie Schnappschüsse und Datenpunkte auf, die normalerweise verloren gehen würden. In der Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung stellt dieses „digitale Geburtszertifikat“ der Teileentstehung eine zusätzliche Haftungsabsicherung dar.

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3. Elektronikfertigung

In der Elektronikfertigung sind sowohl Menge als auch Qualität entscheidend. Die eigentliche Fertigung elektronischer Geräte erfolgt in den meisten Fällen nicht bei den bekannten Marken, die wir auf Laptops und Smartphones sehen, sondern bei Vertragsfertigern.

Da ein so großer Teil der Arbeit ausgelagert ist, verlangen die Markenhersteller von Elektronikgeräten äußerst niedrige Fehlertoleranzen (teilweise nur 1–2 %), um die Geschäftsbeziehungen zu halten. Deshalb müssen die Zulieferer Mitarbeiter beschäftigen, die schnell lernen und nahezu fehlerfrei arbeiten können. Allerdings sind die Fluktuationsraten in dieser Branche enorm, was es schwierig macht, die einmal eingestellten Mitarbeiter zu halten und dafür zu sorgen, dass sie die Standards des Werks einhalten.

Zudem ist die Elektronikbranche in einem ständigen Innovationsprozess. Überlegen Sie, wie viele neue Smartphone-Modelle jedes Jahr erscheinen. Und stellen Sie sich nun vor, wie oft in derselben Zeit die Arbeitsanweisungen aktualisiert werden müssen.

Mitarbeiter zu halten und erneut zu schulen, versetzt Vertragsfertiger in einen chronischen Zustand niedriger Produktivität. Zum Glück ermöglichen AR-gestützte Arbeitsanweisungen eine einfache, flexible Schulung und Nachschulung. Systeme wie LightGuides TrainAR erfüllen dafür eine Doppelfunktion: Sie dienen als Schulungseinheit, die direkt in die Produktion auf dem Fertigungsboden integriert werden kann. Das System visualisiert die Arbeitsanweisungen, was ihr Verständnis leichter und schneller macht. Mitarbeiter in Schulung erfassen Abläufe schneller, jedoch ohne Fehler. Außerdem können, wie bereits erwähnt, mehrere Programme gleichzeitig auf einem System laufen, was es anpassungsfähig für Varianten macht.

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4. Medizinische Fertigung

Um die FDA-Zulassung zu erhalten, müssen Hersteller im medizinischen und pharmazeutischen Bereich strenge Standardverfahren und Prüfmethoden einhalten. Integrität ist hier entscheidend. Ob beim Kitting, der Pillenabzählung oder der Vorbereitung für die Arzneimittelentwicklung – jeder Prozess muss sowohl die Sicherheit des Bedieners als auch die des Endbenutzers gewährleisten.

Um Sicherheit zu gewährleisten, setzen Medizinhersteller auf Augmented-Reality-Verifizierung. Durch das Hinzufügen von 3D-Sensoren zur LightGuide-AR-Software können Hersteller einen Prozessschritt bestätigen, beispielsweise aus welchem Behälter ein Bauteil entnommen werden soll, welches Werkzeug zu verwenden ist und wo das Bauteil platziert werden muss – und das alles fehlerfrei. Die Produktvalidierung lässt sich mit hochpräzisen Machine-Vision-Kameras und anderer Sensortechnik erreichen, um sicherzustellen, dass das Produkt bis zur letzten Schraube oder Mutter korrekt zusammengesetzt ist.

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Arten von Augmented Reality für die Fertigung

Derzeit werden drei wesentliche AR-Typen eingesetzt, um Fertigungs- und Montageabläufe zu unterstützen. Jeder dieser Typen bietet ein immersives Erlebnis zur Optimierung von Abläufen. Allerdings führt das Wissen darüber, welche AR-Art am besten zur jeweiligen Anwendung passt, in Abhängigkeit von Umgebung und Anforderungen zu den größten betrieblichen Erfolgen.

Tablet-Augmented-Reality für die Fertigung

Tablet-AR-Technologie ist eine Kombination aus Tablets und anderen Handheld-Geräten (wie Smartphones), die Arbeitsanweisungen über AR-Apps anzeigen. Viele kennen AR-Anwendungen in sozialen Medien wie Snapchat-Filtern. Allerdings haben sich Tablets und Smartphones in den letzten Jahren auch zunehmend in der Industrie etabliert.

Tablet-AR ist besonders benutzerfreundlich. Da die meisten Menschen mit Tablet-Technologie vertraut sind, wird die Schulung vereinfacht und die Anlaufzeit verkürzt.

Wearable Augmented Reality in der Fertigung

Wearable-AR-Technologie projiziert eine grafische Überlagerung auf die Umgebung um Sie herum, mithilfe von AR-Brillen oder einem Headset. Vielen sind AR-Smart-Brillen wie Google Glass und Microsoft HoloLens bekannt. Diese agieren als leichte, freihändige Computer, die Informationen anzeigen und speichern können.

Im Vergleich zu Tablet-AR ist Wearable-AR in Fabriken aufgrund ihrer Mobilität und dynamischen Grafiken eine beliebte Option.

Projizierte AR-Lösungen für die Fertigung

Projizierte AR setzt eine Kombination aus Projektoren und Vision-Sensoren ein, um virtuelle, interaktive Schritt-für-Schritt-Grafiken auf jede Arbeitsfläche zu projizieren. Sie ist in verschiedenen Fertigungsbereichen einsetzbar, beispielsweise in der Montage, bei der Teileentnahme und dem Kitting, bei Tests und Inspektionen sowie für Schulung und Wartung.

Die projektionsbasierte Augmented Reality ist die vielseitigste Art aller AR-Varianten. Sie ist die beste AR-Lösung für sämtliche Fertigungsbranchen und bietet die meisten Vorteile auf Unternehmensebene.

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Die Zukunft von Augmented Reality in der Fertigung

Augmented Reality ist bereits eine führende Technologie in der Fertigung weltweit, und die Investitionen werden weiter zunehmen. Schätzungen zufolge „wird der Marktwert für industrielle AR bis 2025… 70 Milliarden US-Dollar erreichen.“

Die Erweiterung der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine erschließt neue Wege, unsere Fabriken zu vernetzen und mit Daten zu interagieren. Unternehmen in jeder Branche profitieren von Lösungen für Fertigungsschulungen, Standardisierung, Optimierung und das allgemeine Wohlbefinden der Mitarbeiter.