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Entwicklung eines AR-Assistenzsystems zur Zuordnung von Bauteilen im digitalen Fertigungsprozess einer Schreinerei

 
Elektrotechnik
Storyboard zur Hervorhebung und Detailansicht eines Bauteils im 3D-Modell
Storyboard zur Hervorhebung und Detailansicht eines Bauteils im 3D-Modell (c) Moritz Schmidt
15.03.2022 - 31.07.2022

Studiengang

Elektrotechnik (B.Eng.)
Mechatronik (B. Eng.)

Projektbeschreibung

Auch in kleineren und mittelständischen Handwerksbetrieben schreitet die Digitalisierung und
Automatisierung von Prozessen immer weiter voran, um wettbewerbsfähig zu bleiben und den immer stärker bemerkbaren Fachkräftemangel aufzufangen. Diese Veränderungsprozesse umfassen unter anderem die Fertigung, die zunehmend auf Software und Daten basiert, und können dadurch erhebliche Einflüsse auf das Arbeitsumfeld von Mitarbeiter:innen haben. In dieser Arbeit werden beispielhaft für ein mittelständisches Handwerksunternehmen Arbeitsprozesse in einer Schreinerei vor Ort analysiert, um die Auswirkungen der Digitalisierung auf Mitarbeiter:innen einzuschätzen.

Ein beobachteter Aspekt ist, dass Mitarbeiter:innen bei Großprojekten durch den optimierten digitalen Fertigungsprozess nicht durchgehend ein adäquates mentales Modell des Arbeitsprozesses aufrecht erhalten können. Somit kann dieser Prozess nicht mehr selbstbestimmt geführt werden und mögliche Fehler im Planungs- oder Fertigungsprozess werden erst in der Endmontage sichtbar.

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine mögliche Lösung entwickelt und prototypisch implementiert, die es Mitarbeiter:innen ermöglicht, das Ergebnis eines optimierten Plattenzuschnitts wieder in einen üblichen Fertigungsablauf zu integrieren, der von ihnen gesteuert und überprüft wird. Konkret wird der auf den Bauteilen angebrachte QR-Code von einer Augmented Reality (AR)-Datenbrille ausgelesen und das korrespondierende Bauteil im 3D-Modell des Projekts farblich hervorgehoben. Weiterhin können Mitarbeiter:innen eine Detailansicht von Bauteilen anzeigen, um Planungsdetails in der Fertigung zu überprüfen.

Beteiligte Personen

Student:  
Moritz Schmidt
Betreuerin: 
Prof. Dr. Claudia Meitinger
Zeitraum:SoSe 2022

Hintergrund

 

Die voranschreitende Entwicklung des digitalen Fertigungsprozesses hat im Bereich der Projektplanung neue Herausforderungen erschaffen und gleichzeitig verändern neue Randbedingungen den Ablauf von Herstellungsprozessen. Bisher wurde ein Kundenwunsch durch Schreiner:innen gefertigt und mittels eigens gefertigter Transportwägen an die nächste Maschine transportiert. Aufgrund des digitalen Fertigungsprozesses und Optimierungsalgorithmen zur Reduzierung von Materialverlust wird die Reihenfolge des Plattenzuschnitts nicht mehr durch die
Schreiner:in gesteuert, sondern durch den Algorithmus.

Schematische Darstellung eines Transportwagens
Schematische Darstellung eines Transportwagens

Lösungsansatz

 

In Rahmen dieser Arbeit wird eine Augmented Reality (AR)-Anwendung für die Microsoft HoloLens 2 entworfen und prototypisch umgesetzt, die den Schreiner:innen gezielt Informationen zum aktuell betrachteten Bauteil bereitstellt. Basis hierfür ist das Auslesen von Bauteildaten aus QR-Codes, die im Prozess ohnehin aufgebracht werden. So kann das Stapeln der Platten auf Transportwägen in einer für den weiteren Herstellungsprozesses geeigneten Art und Weise erfolgen.

Übersicht auf Prozessebene mit der Erweiterung (orange) durch die AR-Applikation auf der Microsoft HoloLens 2
Übersicht auf Prozessebene mit der Erweiterung (orange) durch die AR-Applikation auf der Microsoft HoloLens 2

Die Verwendung einer AR-Datenbrille ermöglicht es, die notwendigen Informationen direkt im Sichtfeld anzuzeigen. Zudem können weitere Funktionalitäten, wie beispielsweise Detailinformationen zu einzelnen Bauteilen, bei Bedarf eingeblendet werden.

 

Quellen

 

[1] PTC Inc., Eine kurze Geschichte der digitalen Fertigung, 2020
[2] ISO, Information technology — Object Management Group Business Process Model and Notation, 2013
[3] M. Renz, Prototyping einer AR-Anwendung, 2022
[4] D. A. Norman, The design of everyday things, 2008.

 

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