Digitaler Zwilling – Wie in kürzester Zeit aus Fotos 3D-Zwillinge werden

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Schneider Digital Josef J. Schneider e.K.

G&W Software AG

Viele gängige Augmented-Reality-Systeme verorten die virtuellen Daten direkt in der Realität und stellen sie dort an den richtigen Platz. Eine eher ungenaue Methode. Besser ist es, die Informationspunkte auf einem 3D-digitalen Zwilling abzusetzen und ihre Position in die Realität zu transferieren.

Unter Augmented Reality (erweiterte Realität, kurz AR) versteht man die Darstellung virtuell vorhandener Informationen in der realen Umgebung. Also eine Erweiterung der Realität um digitale Informationen. Voraussetzung dabei ist, dass die virtuellen Informationen an der richtigen Stelle im realen Bild auftauchen. Um das zu erreichen, muss das digitale Modell in Abmessung und Ausrichtung exakt der Realität entsprechen.

Die Darstellung von vielen Informationspunkten auf kleinen Geräten wie Sensoren, Schaltern oder Ventilen erfordert jedoch eine sehr hohe Genauigkeit, damit es nicht zu Verwechslungen kommt. Eine Verortung in der Realität ist aufgrund der Anzahl und Komplexität nicht praktikabel.

Das Erstellen eines geeigneten 3D-Modells war bisher sehr teuer und für die meisten Anwendungen daher ungeeignet. Ein dreidimensionaler, fotorealistischer digitaler Zwilling von Framence etwa lässt sich sehr einfach und kostengünstig aus Bildern aufbauen. Ein KI-gestützter Algorithmus verrechnet die Bilder einer handelsüblichen Digitalkamera zu einem maßhaltigen fotobasierten 3D-Modell. In diesem Modell lassen sich dann die Informationspunkte absetzen, die anschließend über die Realität geblendet werden.

Digitaler Zwilling: Informationen werden automatisch auf dem Tablet integriert

Für das Überblenden von Realität und virtuellen Daten hat sich der Spezialist für KI-gestützte Software aus Bensheim entschieden, auf handelsübliche Tablets oder Mobiltelefone zurückzugreifen. Dies liegt darin begründet, solche Geräte heute schon kostengünstig und sehr breit verfügbar sind. Die heute auf dem Markt befindlichen AR-Brillen sind leider für die praktische Anwendung noch nicht geeignet.

Die Kamera des Tablets zeigt das Livebild an, in das die virtuellen Informationspunkte eingeblendet werden. Über diese Punkte kann man die verlinkten Daten abrufen. Das sind zum Beispiel Stammdatensätze, Wartungs- und Tätigkeitslisten, Charts aus einer IoT-Cloud, Zustände oder auch aktive Funktionen zum Schalten oder Regeln. Das AR-System ist der Zugang zu Informationen, die in den unterschiedlichsten Programmen und Datenbanken angelegt sind. Eine „Middleware“ regelt den Zugang und die Rechte für die Informationsanzeige.

Das Framence AR-System ist darauf ausgelegt, Informationspunkte in komplexen Umgebungen sehr genau, wenn nötig mit einer Auflösung von wenigen Millimetern, darzustellen. So stellt etwa die Differenzierung von Anschlussklemmen in Schaltschränken kein Problem dar.

Als sehr hilfreich hat sich das Arbeiten an „eingefrorenen Bildern“ erwiesen. Ein Tablet auf eine Installation ausgerichtet zu halten und gleichzeitig Daten durch Tippen abzurufen, ist unpraktikabel. Daher friert Framence das Bild der Realität mit all seinen virtuellen Punkten ein. Auf dem Tablet lässt sich jetzt in einer bequemen Haltung arbeiten, das Bild mit weiteren Informationen versehen hochladen und automatisch in den digitalen Zwilling integrieren.

Auch in Notsituationen qualifizierte Entscheidungen treffen

Die AR-Unterstützung wird in Zukunft das Mittel der Wahl sein, wenn es um Wartung, Instandhaltung und Problemerkennung in komplexen Anlagen geht. Nicht immer sind Spezialisten vor Ort und zunehmend werden Anlagen von Multi-Sektor-Technikern betreut, die sich Unterstützung von Herstellern oder Zentralstellen holen müssen. Zu diesem Zweck verfügt Framence AR über eine Chat-Funktion für die Kommunikation. Vor Ort aufgenommene Bilder werden hochgeladen und sind an einem beliebigen Arbeitsplatz im digitalen Zwilling an der richtigen Stelle sichtbar. Der Chat funktioniert mit Spracheingabe, um eine schnelle Kommunikation zu gewährleisten. Ein Spezialist kann dann an seinem Arbeitsplatz oder vom Homeoffice aus, Markierungen setzen und Anweisungen geben, die der Techniker vor Ort in sein Livebild eingeblendet bekommt. So lassen sich in Notfallsituationen, wenn aus zeitlichen Gründen kein geeigneter Mitarbeiter vor Ort sein kann, qualifizierte Entscheidungen treffen und umsetzen.

Für Fehleranalysen oder aus Sicherheitsaspekten heraus müssen oft Sensorwerte wie Drücke, Temperaturen, Ventilstellungen usw. adhoc an der Anlage zur Verfügung stehen. Daten aus der Cloud oder von Messdatenservern lassen sich nun über die Informationspunkte direkt über AR anzeigen. Falls noch kein entsprechender Informationspunkt eingerichtet ist, kann man das innerhalb weniger Minuten von jedem Arbeitsplatz aus nachholen.

Digitaler Zwilling in kürzester Zeit und zu niedrigsten Kosten

Eine spezielle Einrichtung des AR-Systems ist bei Framence nicht notwendig. Die Informationspunkte werden im digitalen Zwilling angelegt und mit den notwendigen Daten-beständen über Links verbunden. Genau diese Informationspunkte benutzt AR und blendet sie in die Realität ein.

Augmented Reality ist damit ein „Abfallprodukt“ des dreidimen-sionalen, fotorealistischen digitalen Zwillings. Mit der Framence-Technologie, die zur 3D-Dokumentation ausschließlich Bilder verwendet, ist der digitale Zwilling in kürzester Zeit zu unschlagbar niedrigen Kosten aufgebaut.

Von Adrian Merkel.