IPL-Magazin 08 | Juli 2009 | Autor: Alexander Bäck (IPL)

 

Unabhängig vom Ziel eines Simulationsprojektes wird dieses nach einem festen Schema durchgeführt. Dabei sind die einzelnen Schritte einer sogenannten Simulationsschleife meist sehr zeit- und ressourcen-aufwändig, gerade wenn für eine Visualisierung auf VR-Technologie zurückgegriffen wird. Neueste Entwicklungen am Institut zeigen jedoch auf, wie diesen Hindernissen begegnet werden kann, um sie möglicherweise sogar in entscheidende Vorteile umzuwandeln.

 

Dipl.-Wirtschaftsing. Alexander Bäck (IPL)

Im Bereich der Fabrik- und Produktionsplanung werden Simulationen mit unterschiedlicher Zielsetzung durchgeführt: Es handelt sich entweder um einmalige Simulationsprojekte, oder die Simulation wird kontinuierlich eingesetzt. Soll eine Produktion neu aufgebaut oder eine existierende umgebaut werden, dienen einmalige Simulationsprojekte der Fehlervermeidung, und somit Kostensenkung bei der späteren Umsetzung, sowie der Verkürzung der Anlaufphase. Da die Anforderungen an die Flexibilität einer Produktion allerdings stark zunehmen, werden Simulationen auch zunehmend kontinuierlich im Tagesgeschäft eingesetzt - beispielsweise um ein Produktionsprogramm oder eine Produktionsumstellung (z.B. auf neue Varianten) testen zu können.


Das Vorgehen bei einem Einsatz von Simulation ist in beiden Fällen gleich, es werden dieselben Arbeitsschritte durchgeführt. Der Schwerpunkt liegt allerdings im fortlaufenden Einsatz auf der eigentlichen Simulationsschleife. Innerhalb dieser Schleife setzen namhafte Institute und größere Unternehmen vermehrt auf die Visualisierung mit Hilfe von Virtual-Reality-Technologien, erhöhen damit aber den Aufwand für die Durchführung der Simulation deutlich - einer der Gründe warum sich VR-Technologien bislang nicht in der Breite der Anwendungsmöglichkeiten durchsetzen konnten.
 
Teilweise wird vor diesem Hintergrund sogar von Simulationsexperten - berechtigterweise - die Sinnhaftigkeit eines Einsatzes von VR-Technologie nach wie vor angezweifelt.
 
 
Abb. 1:  Die klassische Simulationsschleife
 
Abb. 1:  Die klassische Simulationsschleife

 

Simulationsprojekte lassen sich grob in zwei Phasen einteilen:


Um beispielsweise eine Produktionslinie simulieren zu können, werden erst alle hierfür erforderlichen Daten erfasst (Parameter der Produktions- und Förderanlagen, räumliche Dimensionen, geforderte Produktionsleistung, etc.). Auf Basis dieser Informationen wird dann das Simulationsmodell aufgebaut und stellt somit die Grundlage dar, damit im nächsten Schritt mit der Simulation "gearbeitet" werden kann.

In dieser zweiten Phase wird die eigentliche Simulationsschleife ausgeführt: der Simulationslauf wird durchgeführt, die Ergebnisse generiert und ausgewertet. Auf Basis dieser Auswertung wird die Schleife entweder fortgesetzt, indem als nächstes das Simulationsmodell modifiziert wird, oder bei Erzielung des gewünschten Ergebnisses abgebrochen (vgl. Abb.1) .

Der Einsatz von VR-Technologien beschränkt sich bislang meist auf die Evaluierung der Simulationsergebnisse. Als Alternative zur Sichtung von Datenreihen und Diagrammen kann sich der Anwender innerhalb einer VR-CAVE direkt ein Bild von der Performance einer Produktion machen.

Es wird ermöglicht durch die virtuelle Produktionsanlage zu gehen, so als wäre diese bereits Realität und im Einsatz, um so eventuelle Fehler / Probleme zu erkennen. Um dies zu erreichen, muss allerdings ein weiterer, wie bereits angesprochen, sehr aufwändiger Schritt durchgeführt werden: die Überführung der Simulationsergebnisse in ein anschauliches 3-dimensionales Modell. Die Simulationsschleife wird an dieser Stelle kurzzeitig verlassen, der Anwender führt seine Prüfung in der VR-CAVE durch und kehrt dann mit seinen Erkenntnissen wieder in die eigentliche Simulationsschleife zurück, indem er die Modifikationen in dem ursprünglichen Simulationsmodell vornimmt. Die VR-Darstellung ist somit ein zur eigentlichen Simulationsschleife paralleler Prozess (s. Abb.2).

Um nun die eigentlichen Potenziale, welche die VR-Technologie bietet auch nutzen zu können, muss eine Voraussetzung erfüllt werden: Der Einsatz von VR muss in die Simulationsschleife vollständig integriert werden. Anders formuliert: Anstatt VR lediglich für die Darstellung einzusetzen, sollte VR als Werkzeug im Rahmen eines Simulationsprojektes Verwendung finden.

Dies kann realisiert werden, wenn die VR-CAVE nicht nur als Ausgabegerät für die Ergebnisse eines Simulationslaufes, sondern gleichzeitig auch als Eingabegerät dient. Viele Simulationsprogramme verfügen zwar über die Möglichkeit anschauliche 3-dimensionale Darstellungen auf dem Bildschirm auszugeben, die visuelle Ausgabe in einer VR-CAVE ist in der Regel jedoch nicht möglich. Hierfür müssen individuell angepasste Programme eingesetzt werden, welche auf der anderen Seite jedoch nicht über die Intelligenz einer Simulationssoftware verfügen.


 

 
Abb. 2: VR als paralleler Prozess
 
 
Wie Abbildung 3 zu entnehmen ist, wird am Institut diesem Umstand mit einer bidirektionalen Schnittstelle begegnet. Der Anwender kann sich somit innerhalb der VR-CAVE durch die virtuelle Fabrik bewegen. Möchte er jedoch eine Änderung am Simulationsmodell vornehmen, so kann er dies direkt in der VR-CAVE durchführen. Ein bewegungsgesteuertes Eingabegerät ermöglicht es, Objekte oder Parameter mit ein paar Handbewegungen zu verändern.

Über die Schnittstelle werden diese Veränderungen automatisch im eigentlichen Simulationsmodell übernommen. Der nächste Simulationslauf kann sofort durchgeführt werden, ohne dass der Nutzer die VR-CAVE, respektive die Simulationsschleife, hierfür verlassen muss. Nachdem es am Institut bereits gelungen ist, die erforderliche VR-Hardware zu äußerst wirtschaftlichen Bedingungen zu realisieren, kann nun die vollständige Verknüpfung von Simulation und VR-Darstellung dieser Technologie zum Durchbruch im Bereich der Simulation verhelfen.
 
Auf diese Art eingesetzt, ergeben sich mit der VR-Technologie vollkommen neue Anwendungsmöglichkeiten und Potenziale.
 

 

 
Abb. 3:  VR als integrierter Prozess

 

Quelle:
 (1) vgl. Rottjakob, H. (2004): Simulation und Animation - Unverzichtbare Werkzeuge zur Optimierung von Produktion und Logistik, Weka Media, Kissing, 2004, S. 7