POTENTIALE VON 3D-VISUALISIERUNGEN

IM PRODUKTENTSTEHUNGSPROZESS

Workshop 2: Der wertvolle Nutzen von 3D-Visualisierungen in verschiedenen

Bereichen des Produktentstehungsprozesses

3D-Visualisierungen eröffnen neue Perspektiven in der Produktentstehung. Sie ermöglichen die immersive und interaktive Präsentation von Gestaltung und Verhalten eines zukünftigen Produkts bzw. Produktionssystems im Produktentstehungsprozess. Das verbessert die Kommunikation, hilft Entwicklungsfehler zu vermeiden und verringert die Anzahl von realen Prototypen. Unternehmen beschleunigen die Produktentwicklung im Sinne eines Virtual Engineering und sparen Kosten.

Im vorliegenden Artikel beschreiben wir exemplarisch Use Cases, in denen 3D-Visualisierungen in der Produktentstehung heute gelebt werden und wertvollen Nutzen stiften. Die Beispiele stammen größtenteils aus der Automobilbranche, einer der Branchen, die als Vorreiter beim Einsatz moderner Technologien wie VR, AR und MR, gelten.

Obgleich die Beispiele vorwiegend aus der Automobilindustrie stammen, sind 3D-Visualisierungen unserer Ansicht nach in der Produktentwicklung in allen Branchen nutzenstiftend, Überall dort, wo Konzepte, Entwürfe und Konstruktionsergebnisse benötigt und Entscheidungen zu treffen sind.

3D-Visualisierungen im Produktentstehungsprozess

Bild: 3D-Visualisierungen im Produktentstehungsprozess in der Automobilbranche I Feynsinn

Unternehmen setzen 3D-Visualisierungen heutzutage in nahezu allen Phasen des Produktentstehungsprozesses ein, in der frühen Produktentstehung, der Produktentwicklung, Prozessentwicklung, Produktion, Vertrieb und der Nutzung der Produkte. Vorteilhaft für eine einwandfreie 3D-Visualisierung ist, die Daten zentral im jeweiligen PLM-System oder einer zentralen Datenbank zur Verfügung zu stellen. Dies unterstützt einen transparenten Datentransport.

USE CASES

  • Designabsicherung
  • Ergonomieuntersuchungen
  • Funktionale Absicherung
  • Entwicklungsbegleitende Absicherung

Designabsicherung

Die Designabsicherung dient der Formfindung. In dieser Phase geht es klassisch um die Abnahme des Designs von der ersten Designskizze bis zum fertigen Design.

Die 3D-Artists überführen für eine 3D-Visualisierung die vorhandenen Designdaten in eine Visualisierungssoftware, wie z. B. Maya, Vred oder eine der Game Engines Unity oder Unreal. Die Entwürfe werden mithilfe der Visualisierungssoftware automatisiert als fotorealistische Darstellungen in der jeweils gewählten Umgebung ausgegeben. Mit wenigen Klicks können die Designer in den Einstellungen die Ansichten ändern, z. B. in eine Tages- oder Nachtsituation. Die Produkte können in realitätsnahen Umgebungen mit dynamischen Effekten und naturgetreuen Animationen erstellt werden. Die Anwendungsfälle sind nahezu unbegrenzt.

Abbildungen: In der Designabsicherung wird die Lichtanmutung von ambienten Lichtelementen im Fahrzeuginterieur bewertet ꟾ Feynsinn

Das ist aber längst noch nicht alles: Im Fahrzeuginterieur ist es für das Entwicklungsteam besonders wichtig zu erfahren, welchen Fokuspunkt Probanden betrachten. Für sie ist interessant, wie lange Probanden ihren Blick auf einen bestimmten Bereich richten und welche Bereiche unbeachtet bleiben.

Mithilfe von VR-Technologien lässt sich der Blickverlauf der Probanden präzise erfahren. VR-Anwendungen tracken, wo der Proband hinschaut, und dies nicht nur anhand der Kopf-, sondern auch an der Pupillendrehung. Feynsinn hat für solche Anwendungsfälle eine Software entwickelt, die die Aufmerksamkeitsschwerpunkte in sogenannten Heatmaps (Wärmebildern) erfasst. Die Eye-Tracking-Analysen bilden visuelle Erfassungs- und Verarbeitungsprozesse der Probanden ab, die ihnen selbst nicht bewusst sind. So gewinnen die Entwickler Erkenntnisse über das Nutzer-/Suchverhalten, die sonst verborgen bleiben. Faktoren, die sich positiv oder negativ auf das Nutzererlebnis auswirken, werden sofort offensichtlich und können anschließend in unterschiedlichen Varianten und Design-Optionen getestet werden.

Abbildung Heatmap: Der rote Punkt wurde in diesem Anwendungsfall (linkes Bild) am meisten, gelbe und grüne Bereiche nur wenig betrachtet ꟾ Feynsinn

Ergonomieuntersuchungen

Mixed-Reality-Lösungen helfen dem Entwicklungsteam, ergonomische Analysen durchzuführen. So lässt sich beispielsweise prüfen, ob Fahrzeuginsassen unterschiedlicher Größen mühelos die verschiedenen Funktionen bedienen können und ihre Instrumente im Blickfeld haben.

Feynsinn hat für Ergonomieuntersuchungen eine Lösung entwickelt, die virtuelle Fahrzeugverprobungen ermöglichen. Die Probanden sitzen auf realen Herstellersitzen und halten ein reales Lenkrad in den Händen. An den Händen tragen sie Fingertips. Diese werden an jeden Finger geclipst. Das mit den Fingertips verbundene Trackingsystem erkennt die einzelnen Finger und überträgt die Information auf eine virtuelle Hand. Über eine VR-Brille wird den Probanden das Fahrzeuginterieur eingespielt. Sie können das Interieur sehen und gleichzeitig einen haptischen Eindruck durch das Halten des Lenkrads und das Bedienen des Fahrzeugbedienfelds gewinnen.

Das ist aber noch nicht alles: Die gesamte Sitzkiste kann so verändert werden, dass die Oberflächen des virtuellen Models mit den Oberflächen der Sitzkiste übereinstimmen. So können beispielsweise die Höhe der realen Türbrüstung und Armauflagen auf das virtuelle Modell abgestimmt werden. Die Sitze sind ebenfalls mit dem virtuellen Modell verknüpft. Bewegt ein Proband den realen Sitz nach hinten, verändert sich auch die Position des virtuellen Sitzes.

Bei dieser MR-Anwendung werden zwei Systeme kombiniert: Ein VR-System, das die Brillen-Bewegung via Infrarot-Sensortechnik aufnimmt und ein AR-Trackingsystem, das über eigene Sensoren verfügt und definierte Punkte im Fahrzeug bis im Millimeterbereich abgleicht und so Fokuspunkte erkennt. Die Entwickler testen mit dieser MR-Anwendung, ob die Menüführung im Fahrzeug intuitiv handhabbar ist, die Bedienelemente gut erreichbar sind, die Sitzposition angenehm und die Sicht nicht beeinträchtigt ist.

Die Benutzerfreundlichkeit neuer Konzepte kann mithilfe dieser Mixed-Reality-Anwendung einfach verprobt werden.

Abbildung: Reale Sitzkiste für Ergonomieuntersuchungen (linkes Bild), unterschiedliche Fahrzeuginnenräume werden virtuell eingespielt, mithilfe von Fingertips wird die Bedienbarkeit getestet (rechtes Bild) ꟾ Feynsinn

Der Einsatz von Mixed-Reality-Lösungen für Ergonomieuntersuchungen ist für viele Anwendungen denkbar. Unterschiedlichste Bedienarbeitsplätze sowie die Handhabbarkeit von Anlagen lassen sich mithilfe der MR-Technologie frühzeitig analysieren.

Funktionale Absicherung

VR/AR-Anwendungen werden auch für funktionale Absicherungen eingesetzt. Ein Beispiel hierfür bietet die funktionale Absicherung der Innenraumbeleuchtung. Die Ingenieure prüfen mithilfe einer VR-Brille, ob die Lichtverhältnisse den Vorstellungen entsprechen oder noch nachgebessert werden muss. Sie prüfen Helligkeit, Farbigkeit, Warnfunktionen oder ob Lecklicht auftritt. Die Menü-Ansichten werden genauestens analysiert. Alle Ansichten werden durchgespielt. Die Anwendungen ermöglichen schnelle und sichere Entscheidungen. Wichtige Fahrzeugparameter werden analysiert, um zu gewährleisten, dass alle Anforderungen erfüllt werden.

Abbildungen: Funktionale Absicherung der Innenraumbeleuchtung I Feynsinn

Tool "Windows to Reality"

Für die Absicherung von HMI-Funktionen in der frühen Entwicklungsphase, wie z. B. Eingabe- und Bedienkonzepte hat Feynsinn eine Anwendung entwickelt, mit der beliebige externe Inhalte auf Displays in Virtual Reality gestreamt werden. Das Entwicklungsteam kann mit dieser Anwendung die interaktive Bedienung von externen Inhalten durch Funktionselemente in VR durchspielen. Das Feedback wird über die VR-Anwendung zurückgegeben, z. B. über Mehrfingerbedienung und Gestensteuerung mit Hilfe von Touchscreens und berühren (Touch, Pinch, Scrollen). Für die Zusammenstellung der entsprechenden Menüs benötigen die Anwender keinerlei Programmierkenntnisse. Selbst Powerpoint-Slides lassen sich einspielen.

Entwicklungsbegleitende Absicherung

Zu Beginn von Produktentwicklungen sind nur wenige Parameter bekannt. Je weiter sich die Entwicklung der Markteinführung nähert, desto mehr Fahrzeugdetails liegen vor. Entwicklungsstände werden kontinuierlich bewertet. Zu typischen entwicklungsbegleitenden Absicherungen im Umfeld von 3D-Visualisierungen zählen beispielsweise Untersuchungen von Spiegelungen im Interieur, Lecklicht oder Toleranzketteneffekte.

VR-Anwendungen machen Spiegelungen im Interieur, verursacht durch Chromteile, Aluminium, Hochglanzoberflächen oder anderen Materialien, die den Fahrer stören schnell sichtbar. Dies können unterschiedliche Bauteile sein, z. B. ein Lautsprechergrill, eine Verblendung oder ein Dekorelement. Selbst das sogenannte Lecklicht, zu viel bzw. unerwünschtes Licht kann durch VR-Anwendungen entdeckt werden. Nicht selten erzeugen geringe Spaltmaße, die sich in der Konstruktion innerhalb der Toleranz befinden, unerwünschte Lichtabstrahlungen. Manchmal sind es nur kleine Dekorelemente, die das Lecklicht verursachen. Mit VR-Anwendungen kommt das Entwicklungsteam dem Lecklicht auf die Spur. Bei der Toleranzkettenuntersuchung werden Spaltmaße und mögliche Verschiebungen von Bauteilen sowie Ursachen einer größtmöglichen Abweichung mit der VR-Technologie bewertet.

Ein weiteres Beispiel bietet die Sichtvisualisierung: Gewöhnlich wird in der frühen Konstruktionsphase die Sicht bewertet. Der Blick muss in alle Richtungen freigegeben und darf nicht eingeschränkt sein. Andernfalls muss das Entwicklungsteam andere technische Möglichkeiten finden.

Abbildung: Sichtanalysen der A-Säule in der frühen Phase der Entwicklung ꟾ Feynsinn

3D-Visualisierungen unterstützen, beschleunigen, verbessern den PEP

Industrieunternehmen sind heutzutage zur Sicherstellung ihrer Wettbewerbsfähigkeit gezwungen, in immer kürzeren Abständen neue Produkte am Markt anzubieten. Damit sinken die Zeiten, die den Unternehmen für die Entwicklung und Realisierung von Produkten und Produktionssystemen zur Verfügung stehen. Die vorgenannten Beispiele zeigen, wie 3D-Visualisierungen den Produktentstehungsprozess (PEP) unterstützen, beschleunigen, verbessern und gleichzeitig die Qualität erhöhen. Durch den Einsatz der VR/AR-Technologien über den kompletten Produktentwicklungsprozess hinweg können Entwicklungsstände kontinuierlich bewertet und geprüft werden. Unerwünschte Effekte werden aufgedeckt. Unzulänglichkeiten und Fehler werden frühzeitig erkannt, bevor sie sich kostspielig in späteren Phasen der Entwicklung niederschlagen und die Zeitplanung verwerfen.

Das Entwicklungsteam kann sicher bewerten, ob die Konzepte den gewünschten Anforderungen entsprechen. Wichtige Entwicklungsaufgaben können mithilfe von VR/AR-Anwendungen bereits vor dem Bau von Prototypen durchgeführt werden. Der Bau von physischen Modellen wird eingespart.

3D-Visualisierungen liefern darüber hinaus in der virtuellen Inbetriebnahme und in der Entwicklung von digitalen Zwillingen wertvolle Dienste. Informationen dazu finden Sie in unserem Fachartikel „Der digitale Zwilling in der Anlagenentwicklung“.

Am Point of Sales oder besser gesagt am Point of Experience erfahren interaktive Markenerlebnisse durch virtuelle Showrooms inzwischen eine hohe Beliebtheit. Die Produkte werden mithilfe der VR-Technologie oder in 3D-Ansicht digital präsentiert. Durch die Integration von Funktionen werden Informationen unterschiedlicher Art, Informationstiefe und -breite zur Verfügung gestellt. Die virtuellen Showrooms unterstützen insbesondere das Marketing und den Vertrieb.

Wünschen Sie weitergehende Informationen zu den vorgenannten Beispielen, empfehlen wir Ihnen die Aufzeichnung des Webinars „3DVis PEP“, das wir gemeinsam mit encad Consulting durchgeführt haben.

Vertiefende Informationen zu 3D-Visualisierungen, Anwendungsfälle und Technologien finden Sie auch auf unserer Website oder in unserem Feynsinn-Blog. Sprechen Sie uns bei Fragen an!

Workshop 2: 3D-Visu im Produktentstehungsprozess
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Blogartikel

08.03.2022

Lesedauer: 3:10 min

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Jan Berner

Leiter Technik & Prozesse