Erschienen am: 16.07.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 7 2018

Einschneidende Veränderungen durch Augmented Reality bei Wartungs- und Servicearbeit

In Nullkommanichts zum Experten

Ausfallzeiten im Produktionsprozess so gering wie möglich zu halten ist die Aufgabe guter Wartung und Instandhaltung. Maschinen und Anlagen werden allerdings immer komplexer, sodass selbst die besten Techniker und Ingenieure ohne explizites Fachwissen nicht mehr weiterkommen. Doch eine neue Lösung auf Basis modernster Informations- und Kommunikationstechnik macht nun jeden zum Experten. Ausfall- und Instandhaltungszeiten können damit drastisch reduziert werden.


Dank Smartglasses bleiben die Hände frei zum Arbeiten
Bild: Actemium

Wie wertvoll eine umfangreiche Instandhaltung ist, hat 2015 die Deutsche Akademie für Technikwissenschaften untersucht: Demnach "erwirtschaftet die Instandhaltung umgerechnet Anlagenverfügbarkeiten und Produktivitätswerte für die deutsche Industrie mit einem Gegenwert von rund einer Billion Euro jährlich". Das zeigt, warum schnelle und gewissenhafte Wartungsarbeiten ein entscheidender Erfolgsfaktor für einen kosteneffizienten Produktionsprozess sind. Eine neue Lösung von Fieldbit und Actemium, der auf die Industrie ausgerichteten Marke von Vinci Energies, schafft es mittels Augmented Reality (AR), die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen noch zuverlässiger und damit profitabler zu machen.

Digitaltechnik bringt die Industrie auf ein neues Level

"Mittlerweile sind moderne Anlagen so komplex, dass selbst Top-Ingenieure bei der Wartung an ihre Grenzen stoßen und daher von speziell ausgebildeten Kollegen unterstützt werden. Würden die Techniker vor Ort sich auf eigene Faust einarbeiten, wäre allein der Zeitaufwand zu groß und nicht mehr wirtschaftlich", erklärt Edwin Bastings, Account Manager bei Actemium. "Wir kamen auf die Idee, Mitarbeitern mittels moderner Digitaltechnologie ein besonders umfangreiches Rüstzeug an die Hand zu geben. Sie sollten damit auf Anhieb und ohne aufwendige Einarbeitung auch hochspezielle Aufgaben erledigen können." Die Lösung ist eine Kombination aus Augmented Reality Technik und Bild- sowie Tonübertragung, die die Leistungsfähigkeit des Nutzers deutlich steigert. So kann der Träger in Echtzeit wahlweise über Smartphone, Tablet oder Smartglasses auf eine Reihe digitaler Hilfsmittel zurückgreifen, die ihn dabei unterstützen, analoge Anwendungsfälle schneller sowie effizienter auszuführen - und das selbstständig.

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Komplett modularer Aufbau

Das Grundgerüst ist die sogenannte Fieldbit-Suite, die aus vier Modulen besteht: Hero (interaktive AR-Collaboration, 'Out-of-the-box'), Cosmic (Datenzugriff und -anzeige), Logic (digitales Schrittprogramm) und Knowledge (Cloud-/Server-Datenbasis). Die Module lassen sich je nach individuellem Kundenwunsch von ihrer technischen Ausführung her unterschiedlich umsetzen. So kann etwa die Datenspeicherung und -übertragung wahlweise über eine Cloud (Private, Public, Hybrid) oder als On-Premises-Modell über die lokalen Server des Unternehmens erfolgen.

Ein konkretes Beispiel

für den Aufbau

Die verschiedenen Daten werden von der Public Cloud eines externen Anbieters über die drei Instanzen Fieldbit-Management-Server (Nutzerzahlen, Tickets), Fieldbit-Chat-Server (Chatnachrichten) sowie Fieldbit-Storage (Bilder, Video, AR) bezogen. Währenddessen laufen die Fieldbit-Web-Applikation (Desktop-PC) sowie die Fieldbit-App (Smartphone, Smartglasses etc.) über das kundeneigene Netzwerk. Zudem erfolgt die Synchronisation der Video-Signale über den etwa mit https gesicherten, offenen Standard WebRTC (Web Real-Time Communication). Voraussetzung für die mobilen Endgeräte des Kunden (Smartphone oder Tablet) sind die Betriebssysteme Apple iOS oder Android. Daneben können verschiedene Smartglasses-Modelle zum Einsatz kommen, beispielsweise von Epson oder anderen Geräten auf Android-Basis.

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Industrie - digitalisiert und vernetzt

Um die Lösung zu installieren, müssen zunächst alle technischen Details in Scada oder SPS aufbereitet werden. Dazu gehören anlagentechnische Spezifikationen statischer Art wie Aufbau und Funktionsweise, aber auch flexible Daten wie Füllvolumen, Druck oder Leistung. Damit das Modul Cosmic diese Daten auslesen kann, stellt Actemium ein passendes Programmiergerüst bereit. Anlagen und Maschinen identifiziert das System entweder mittels optischer Bilderkennung oder QR-Codes.

Die auf den mobilen Endgeräten installierte Fieldbit-App empfängt, bearbeitet und leitet während des Einsatzes alle Daten in Echtzeit über WLAN. Je nach vorhandener Bandbreite erfolgt die Videoübertragung von QVGA-Qualität (320 x 240 Pixel bei 250 kB/sec) bis hin zu HD-Ready-Qualität (1280 x 720 Pixel bei 500 kB/sec). Der Helpdesk (Teil des Hero-Moduls), über den ein Experte am Computer die vom Techniker an der Maschine aufgenommenen Daten empfängt, läuft über eine Web-Applikation auf HTML5-Basis. Über Mobilfunk (3G oder 4G) halten beide Mitarbeiter Kontakt zueinander.

Ran an die Maschine - online und offline

"Im Einsatzfall greifen alle Komponenten der vier Module wie Zahnräder exakt ineinander und unterstützen den Träger gleich in mehreren Bereichen", so Bastings. Wie stark die Lösung die Fähigkeiten eines Technikers in der Praxis erweitert, zeigt das folgende Beispiel: Soll an einer Maschine etwa ein Ersatzteil ausgewechselt werden, begibt sich der zuständige Mitarbeiter mit der AR-Lösung zum Einsatzort. Dort angekommen, scannt er über die Fieldbit-App die betreffende Maschine etwa über einen QR-Code ein. Mittels AR-Technik legt die Lösung nun digitale Hinweisgrafiken, Schaltpläne oder ganze Anlagenteile auf das reale Kamerabild. Auch der hinzugeschaltete Experte sieht das Kamerabild zusammen mit den eingeblendeten Grafiken. Beiden Mitarbeitern wird nun das auszuwechselnde Ersatzteil direkt auf dem Bildschirm digital angezeigt. Daraufhin können alle anstehenden Arbeitsschritte virtuell nacheinander dargestellt und gleichzeitig per Funk erklärt werden. Selbst ohne Verbindung über WLAN ist die Lösung im Offline-Modus einsatzbereit: In diesem Fall müssen zunächst Fotos von der entsprechenden Anlage gemacht werden (offline). Daraufhin geht der Mitarbeiter an einen Ort mit Netzempfang und schickt die Bilddateien an den Experten am Helpdesk (online). Dieser legt die AR-Grafiken auf die Fotografien und schickt diese wiederum an den Mitarbeiter vor Ort. Nun kann der Techniker sich zurück zur Anlage begeben und im Offline-Modus die Bilddateien zusammen mit der AR-Technik laden.

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Lizenzmodelle bieten Flexibilität

Die tägliche Kontrolle von Anlagen muss jeder Betreiber leisten. Aber nicht jede Anlage verfügt über die gleichen Anforderungen hinsichtlich der Wartungsintensität - je kleiner die Betriebsstätte desto seltener sind aufwendige Maintenance-Verfahren. Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, bieten Actemium und Fieldbit für ihre Lösung ein Lizenzmodell mit zwei Optionen an: ein 24-Stunden-Modell (Instant License) sowie die Gesamtlösung mit monatlicher Laufzeit (Hero Enterprise License). Für kleinere und weniger wartungsintensive Anlagen empfiehlt sich die Instant License, die ideal für einen einzelnen Einsatz (Ticket) ist. Darin enthalten ist das Modul Hero mit 24-Stunden-Support sowie der Helpdesk mit maximal vier Stunden Support. Dank des Prinzips Pay-per-use (PPU) kann eine solche Lizenz im Vorfeld erworben und muss erst nach ihrem Einsatz bezahlt werden. Vollumfänglichen Zugang erhalten Kunden durch die Hero Enterprise Lizenz, die im Monatszyklus zur Verfügung steht. Sie bietet alle Funktionen, ermöglicht eine unbegrenzte Anzahl an Einsätzen (Tickets) und hat keine Plattformeinschränkungen (Web, Smartglasses, Smartphone etc.).

Praktisch im Einsatz

In mehreren Pilotprojekten bei Kunden leistet die Lösung bereits erfolgreiche Arbeit: So greift ein Pharmazie-Hersteller zur Kalibrierung seiner Systeme auf die AR-Lösung zurück. Die Zugführer einer europäischen Bahngesellschaft können dank der Technik selbstständig die Spannungswandler ihrer Lok beim Grenzüberschritt auf das landesübliche Stromnetz umstellen. Auch das Militär zeigt sich interessiert, für die Instandhaltung ihrer Technik bei Auslandseinsätzen auf die Lösung zurückzugreifen. Im Ergebnis konnten etwa bei der Hälfte aller Einsätze alle Probleme dank der mit dem VINCI-Innovationspreis ausgezeichneten Lösung bereits beim ersten Anlauf gelöst werden. Die Kosten beim Kunden fielen zudem um rund 30 Prozent.

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