Engineering Produkte kundennah entwickeln dank XR-Technologien

„Wir können nicht mit Methoden des 20. Jahrhunderts die Lösungen des 21. Jahrhunderts entwickeln“, sagt Professor Albert Albers, Sprecher der Institutsleitung für Produktentwicklung (IPEK) des KIT. Was damit gemeint ist.

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Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Es ist eine bekannte Regel: Änderungen im Entwicklungs- und Konstruktionsprozess werden umso teurer, je später sie durchgeführt werden. Das Ziel ist also, ein Produkt frühzeitig erlebbar zu machen: Dank aktueller Technologien können heute eine Vielzahl an teuren Prototypen von Autos, Geräten oder Maschinenkomponenten entfallen: Denn virtuelle Modelle unterstützen Unternehmen dabei, bereits in der frühen Phase der Produktentstehung festzustellen, ob ein neues Produkt in Anmutung und Bedienung attraktiv ist und das Produkt für Kunden erlebbar machen. So wird frühzeitig im Prozess eine realitätsnahe Antwort auf die Frage, ob ein neues Produkt wirklich kann, was es können soll und ob Kunden oder Anwender es mögen, möglich. Schließlich entscheidet die Antwort auf diese Fragen über Erfolg oder Misserfolg einer Markteinführung.

Von Spielentwicklern lernen

Die Rede ist von Extended Reality (XR) – einer Technologie, die Spieleentwickler und Filmemacher schon lange nutzen. Dahinter stecken Computertechnologien, welche die physische Umgebung um virtuelle Komponenten erweitern (Augmented Reality, AR), oder diese auch gänzlich ersetzen (Virtual Reality, VR). Damit entstehen nicht nur Blockbuster, sondern auch auch die Möglichkeit der frühen Validierung, die Produkte und Produkteigenschaften kundenerlebbar machen. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln dafür neue Methoden und Prozesse, die praxisnah in Entwicklung und Lehre angewendet werden.

Entwicklungszeit und -kosten senken

„XR-Technologien erleichtern es uns in allen Entwicklungsphasen – Produktprofile finden, Konzepte erstellen, präzisieren und realisieren – Produkte an Kundenwünsche und Marktanforderungen anzupassen“, erläutert Etri. „Physisch-virtuelle Prototypen können sowohl Entwicklungszeit und -kosten sparen als auch Fehlern vorbeugen, die oft erst in späteren Phasen der Entwicklung erkannt werden.“

Als Beispiel zeigt er das fotorealistische dreidimensionale Modell eines Rennrades, das sich auf einem Tablet bearbeiten lässt. „Das Design von Laufrädern, Rahmen oder Sattel kann ich mit einem Click verändern.“ Auch Feinheiten wie Farbe und Glanzgrad der Sattelstütze oder Struktur des Sitzbezuges wechseln mit wenigen Klicks auf dem Bildschirm.

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Welche Hürden es aktuell gibt

Oft scheitere eine zeitgemäße kundennahe Produktentwicklung noch an einem uneinheitlichen Datenmanagement in den beteiligten Abteilungen oder Partnerunternehmen und der daraus resultierenden mangelnden Durchgängigkeit, sagt Albers. Denn es gäbe aktuell noch wenig Ansätze, Modelle miteinander kommunizieren zu lassen.

Doch von den neuen Technologien und Methoden könne das Ingenieurwesen deutlich profitieren – natürlich auch in der aktuellen Pandemiesituation: „Denn sie machen auch ein kontaktfreies standortübergreifendes Arbeiten möglich“, so Albers weiter.

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Wie XR am KIT zum Einsatz kommt und wie Unternehmen profitieren

Deswegen kommt das XR-Lab neben Forschungsprojekten in der Grundlagenforschung und mit Unternehmen auch in der Lehre zum Einsatz: „Wir haben im vergangenen Wintersemester erstmals Virtual Reality-Aufgaben in die Maschinenkonstruktionslehre integriert“, sagt Etri. „Rund 400 Erstsemester aus den Bereichen Maschinenbau, Bio- und Chemieingenieurwesen sowie Mechatronik konnten so schon früh im Studium die Potenziale der XR-Technologien in der Produktentwicklung einschätzen lernen.“

Darüber hinaus kann das XR-Lab auch für Unternehmensworkshops im Kontext "Frühe Validierung" in Kooperation mit dem IPEK genutzt werden. Das IPEK unterstützt den Produktentstehungsprozess durch die eigens entwickelten Methoden in der frühen Validierung:

Welche der Produkteigenschaften eignen sich optimal für eine Validierung mittels XR?

Mit welchen Aktivitäten können notwendige Modelle erschaffen und entsprechend überprüft werden?

Die verwendeten Methoden basieren dabei auf den aktuellen wissenschaftilchen Erkenntnissen am IPEK.

Welche Software zum Einsatz kommt

Im XR-Lab wird die VR-Software Cross Connected des Karlsruher Start-ups R3DT, einer Ausgründung aus dem KIT, eingesetzt. Cross Connected verbindet die dreidimensionale Darstellung eines Produkts mit dessen Funktionalität, die über das Interface beeinflusst werden kann. Diese dynamische Funktionalität lässt sich sowohl durch Echtzeit-Anbindung an Simulationswerkzeuge oder durch Anbindung an Mess- oder Sensordaten abbilden – von einzelnen Prozessen bis hin zum gesamten Zusammenspiel des Systems.

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