Das Ziel der Arbeit ist eine Analyse von Softwaretools, um Programme für eine einfache Erstellung von industriellen Augmented-Reality-Anwendungen zu ermitteln. Die leitende Forschungsfrage der vorliegenden Arbeit lautet daher: Wie können Augmented-Reality-Anwendungen ohne vertiefende Programmierkenntnisse erstellt und in einen bestehenden Produktionsprozess integriert werden? Durch eine konzeptuelle Anwendung zur Unterstützung eines Rüstprozesses werden Anforderungen an die Programme abgeleitet. In einer umfangreichen Marktanalyse erfolgt anhand der vordefinierten Voraussetzungen eine Auswahl geeigneter Softwaretools.
Die Resultate der Marktanalyse können Entwicklern bei der Auswahl eines Frameworks helfen, das am besten ihre spezifischen Bedürfnisse erfüllt. Fünf ermittelte Programme werden im Rahmen einer Evaluierung anhand einer Reihe von Kriterien bewertet, wobei die Benutzerfreundlichkeit und der Funktionsumfang wesentliche Punkte darstellen.
In der Analyse werden zwei Programme für eine mögliche Umsetzung des Konzeptes ermittelt. Diese bieten mit vordefinierten Funktionen, Designs und Logiken, Möglichkeiten zur Erstellung von Augmented Reality Programmen ohne vorbestehende Programmierkenntnisse. Die Ergebnisse der Evaluierung veranschaulichen die Eignung der jeweiligen Frameworks, um Benutzern ohne Programmierkenntnisse die Entwicklung eigener Anwendungen zu ermöglichen.
Das Voranschreiten der Digitalisierung konfrontiert die Industrie mit einer Vielzahl an Herausforderungen. Zentrale Punkte stellen die Verarbeitung und die effiziente Bereitstellung von Daten dar. Durch eine perspektivisch korrekte Überlagerung der realen Umgebung mit digitalen Informationen, ermöglicht Augmented Reality eine Integration prozessrelevanter Informationen in das Sichtfeld des Users. In der Produktion eingesetzt, bietet es Potenzial zur Verbesserung der Stabilität und Effizienz der Fertigungsprozesse. Schwierigkeiten in der Umsetzung der Use-Cases können jedoch bereits bei der komplexen Entwicklung der benötigten Applikationen entstehen, für die oft umfassende Programmierkenntnisse benötigt werden.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
1.1. AUSGANGSSITUATION
1.2. VORANGEGANGENE STUDIEN
1.3. FORSCHUNGSFRAGE
1.4. ZIEL DER ARBEIT
1.5. VORGEHENSWEISE ZUR BEHANDLUNG DER FORSCHUNGSFRAGE
1.6. AUFBAU
2. AUGMENTED REALITY IN EINER DIGITALEN PRODUKTION
2.1. DIE VIERTE INDUSTRIELLE REVOLUTION
2.1.1. Visionen von Industrie 4.0
2.1.2. Potentiale von Augmented Reality in der digitalisierten Fertigung
2.2. ABGRENZUNG DER ERWEITERTEN REALITÄT
2.3. PROZESSE ZUR REALISIERUNG VON AUGMENTED REALITY ANWENDUNGEN
2.3.1. Tracking
2.3.2. Registrierung
2.3.3. Visualisierung und Ausgabe von Augmented Reality
3. VORANGEGANGENE RELEVANTE ARBEITEN
3.1. VORGEHEN STUDIENAUSWERTUNG
3.2. ERGEBNISSE STUDIENAUSWERTUNG
3.2.1. Studien über Potentiale und Herausforderungen von Augmented Reality
3.2.2. Forschungen zum Vergleich von Augmented Reality-Frameworks
3.3. FORSCHUNGSLÜCKE
4. INTEGRATION VON AUGMENTED REALITY IN RÜSTPROZESSE
4.1. OPTIMIERUNG DES UMRÜSTPROZESSES
4.2. GRUNDLEGENDE RÜSTTÄTIGKEITEN
4.2.1. Arbeitsanweisung
4.2.2. Einrichteblatt
4.3. KONZEPT ZUR AUGMENTED REALITY UNTERSTÜTZUNG VON RÜSTVORGÄNGEN
4.4. ABGELEITETE ANFORDERUNGEN DES FRAMEWORKS
5. EVALUIERUNG VON AUGMENTED REALITY FRAMEWORKS
5.1. MODELLE ZUR BEWERTUNG VON SOFTWARETOOLS
5.2. EVALUIERUNG DURCH OPENBRR
5.2.1. Marktanalyse
5.2.2. Use Case spezifische Gewichtung der Kategorien
5.2.3. Datengewinnung und -Verarbeitung
6. ERGEBNISSE
6.1. ERGEBNISSE DER OPENBRR-EVALUIERUNG
6.2. AUSWERTUNG DER MARKTANALYSE
7. DISKUSSION
7.1. FRAMEWORKS ZUR EINFACHEN ERSTELLUNG VON AUGMENTED REALITY ANWENDUNGEN
7.2. VORTEILE UND NACHTEILE DER EVALUIERTEN FRAMEWORKS
7.2.1. Vuforia Studio
7.2.2. Microsoft Dynamics 365 Guides
7.2.3. Unity und zugehörige SDKs
7.3. FRAMEWORK ZUR UMSETZUNG DES KONZEPTES
7.4. METHODENKRITIK
7.5. FORSCHUNGSBEDARF
8. FAZIT
8.1. ZUSAMMENFASSUNG
8.2. SCHLUSSFOLGERUNGEN
8.3. AUSBLICK
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit analysiert Softwaretools zur Erstellung industrieller Augmented Reality (AR) Anwendungen mit dem Ziel, diese ohne tiefgehende Programmierkenntnisse umzusetzen und in Produktionsprozesse, konkret den Rüstvorgang von CNC-Maschinen, zu integrieren.
- Analyse von AR-Frameworks hinsichtlich ihrer Eignung für Anwender ohne Programmiererfahrung.
- Entwicklung eines Konzepts zur AR-gestützten Durchführung von Rüstprozessen in der Produktion.
- Evaluierung ausgewählter Softwaretools mittels des OpenBRR-Modells.
- Identifikation von Anforderungen an AR-Software für den industriellen Einsatz.
- Vergleich von Marktlösungen hinsichtlich Benutzerfreundlichkeit, Funktionalität und Skalierbarkeit.
Auszug aus dem Buch
1.1. Ausgangssituation
„I believe that augmented reality will be the biggest technological revolution that happens in our lifetimes. “- (Tim Sweeney, ChinaJoy Shanghai 2015 [Tak15])
Mit dieser Aussage wird von Tim Sweeney, dem Gründer von Epic Games, einem der größten Computerspielekonzerne, eine starke Erwartungshaltung gegenüber der Entwicklung dieser Technologie geschürt. Die erweiterte Realität (Augmented Reality) ist eine Überlagerung von digitalen Objekten, wie Texten, Fotos, CAD-Dateien, etc., auf die reale Umgebung. Damit verschwimmen die Grenzen der virtuellen und realen Welt. (vgl. [MTU+95]) Applikationen wie Pokémon Go nützen das Medium der Augmented Reality (AR) kommerziell und begeistern so bereits Millionen von Menschen (vgl.[RRt17]).
In Zukunft soll Augmented Reality auch in der Industrie eine große Rolle spielen. Einige Firmen profitieren bereits davon, um Wartungen zu beschleunigen (vgl. [Hap16]) oder um gewisse Arbeitsprozesse zu unterstützen (vgl. [Boe18], [HS19]). Das Potential dieser Anwendungen liegt darin, schnellere Interaktionen mit digitalen Informationen zu ermöglichen (s. [UC18]).
Bekanntermaßen liegt der schnelle Zugriff auf Daten im Zeitalter von Industrie 4.0 immer mehr im Fokus der Unternehmen (vgl. [TMN18]). Industrie 4.0 bezeichnet die vierte industrielle Revolution, in der die digitale Vernetzung verschiedener Maschinensysteme, Prozesse und Menschen im Vordergrund steht (s. [And15], [PRB19]).
Die Schwierigkeit in der Umsetzung von potenziellen Use Cases in der Produktion liegt unter anderem in der aufwendigen Entwicklung der notwendigen AR-Applikationen (vgl. [NS18]). Große Firmen erwerben daher kostspielige Softwareprogramme oder engagieren erfahrene Teams von Softwareentwicklern, um die benötigten Tools zu erstellen. Um Augmented Reality für eine Vielzahl an Unternehmen zugänglich zu machen, sollten zur firmeninternen Erstellung des Contents keine spezialisierten Softwareentwickler benötigt werden. Wie können produktionsunterstützende AR-Tools auch ohne Programmierkenntnisse erstellt werden? Im Mittelpunkt der folgenden Arbeit steht daher die Betrachtung des Stands der Technik zu dieser Problematik.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Definiert das Problem, dass komplexe AR-Entwicklungen oft Programmierkenntnisse erfordern, und stellt die Forschungsfrage nach einer einfachen Erstellung und Integration in Produktionsprozesse.
2. AUGMENTED REALITY IN EINER DIGITALEN PRODUKTION: Erläutert die Grundlagen von Industrie 4.0, definiert AR innerhalb des Realität-Virtualität-Kontinuums und beschreibt technische Prozesse wie Tracking und Registrierung.
3. VORANGEGANGENE RELEVANTE ARBEITEN: Analysiert den Forschungsstand zu AR-Potenzialen und bestehenden Software-Vergleichen, um eine Lücke für die bedarfsgerechte Produktion zu identifizieren.
4. INTEGRATION VON AUGMENTED REALITY IN RÜSTPROZESSE: Beschreibt den Use Case des CNC-Rüstens, optimiert den Prozess und leitet daraus konkrete Anforderungen an AR-Softwaretools ab.
5. EVALUIERUNG VON AUGMENTED REALITY FRAMEWORKS: Beschreibt die methodische Vorgehensweise zur Evaluierung der Software mittels des OpenBRR-Modells und führt eine Marktanalyse durch.
6. ERGEBNISSE: Präsentiert die Ergebnisse der OpenBRR-Evaluierung und die Auswertung der Marktanalyse.
7. DISKUSSION: Erörtert die Ergebnisse, vergleicht sie mit der Literatur, bewertet die methodische Vorgehensweise kritisch und benennt zukünftigen Forschungsbedarf.
8. FAZIT: Fasst die gesamte Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf die strategische Bedeutung von AR in der Industrie.
Schlüsselwörter
Augmented Reality, Frameworks, Industrie 4.0, Produktion, Rüstprozess, CNC-Maschinen, Programmierkenntnisse, OpenBRR-Evaluierung, Softwaretools, Usability, Tracking, CAD-Modelle, Prozessoptimierung, Anleitungen, Anwendererfahrung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit grundlegend?
Die Arbeit untersucht, wie Augmented Reality (AR) in industriellen Produktionsprozessen eingesetzt werden kann, ohne dass für die Erstellung der Anwendungen tiefe Programmierkenntnisse erforderlich sind.
Welche zentralen Themenfelder behandelt die Studie?
Die zentralen Themen sind Industrie 4.0, AR-Technologien im industriellen Umfeld, Software-Frameworks für AR sowie Methoden zur Prozessoptimierung, insbesondere bei Rüstvorgängen an Maschinen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Die Forschungsfrage lautet: „Wie können Augmented Reality Anwendungen ohne vertiefende Programmierkenntnisse erstellt und in einen bestehenden Produktionsprozess integriert werden?“
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Evaluierung verwendet?
Zur objektiven Bewertung der Softwaretools wird das „OpenBRR“-Modell (Business Readiness Rating) verwendet, um Frameworks nach Kriterien wie Benutzerfreundlichkeit, Funktionalität und Skalierbarkeit zu vergleichen.
Was ist der inhaltliche Schwerpunkt im Hauptteil?
Der Hauptteil befasst sich mit der Analyse bestehender Studien, der Detaillierung eines Use Cases (Rüstprozess einer CNC-Maschine) und der anschließenden Marktanalyse sowie Evaluierung von fünf spezifischen Software-Frameworks.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Zu den Schlüsselbegriffen zählen Augmented Reality, Frameworks, Programmierkenntnisse, Rüstprozess und OpenBRR-Evaluierung.
Warum wurde der Rüstvorgang einer CNC-Maschine als Use Case gewählt?
Dieser Prozess ist hochkomplex und fehleranfällig, aber standardisierbar, was ihn ideal für eine AR-Unterstützung macht, um Rüstzeiten zu verkürzen und die Prozesssicherheit zu erhöhen.
Welche Softwarelösungen haben sich als besonders geeignet erwiesen?
Die Analyse ergab, dass insbesondere „Vuforia Studio“ und „Microsoft Dynamics 365 Guides“ besonders gut für eine industrielle Anwendung ohne Programmierkenntnisse geeignet sind.
Welche Rolle spielt die „Benutzerfreundlichkeit“ bei der Evaluierung?
Aufgrund der zentralen Forderung, dass die Anwendungen vom bestehenden Personal ohne Programmiererfahrung erstellt werden sollen, ist die Benutzerfreundlichkeit eine der am stärksten gewichteten Kategorien (30%) in der Evaluierung.
- Citar trabajo
- Christoph Rother (Autor), 2020, Augmented Reality in der Produktion. Analyse von Frameworks zur Erstellung von Anwendungen ohne Programmierkenntnisse, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/998786
