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Foto: Laila Tkotz, KIT
Mit wenigen Klicks können physisch-virtuelle Prototypen von Bauteilen verändert werden. Im Bild zu sehen ist die Validierung einer Hubseilwinde in einer gemischt physisch-virtuellen AR-Umgebung im Extended Reality Lab des Instituts für Produktentwicklung.

Forschung und Entwicklung

Produktentwicklung wird dank Extended Reality günstiger

Von Spieleentwicklern lernen: Mit Extended Reality macht das KIT physisch-virtuelle Modelle für Ingenieure nutzbar und demonstriert neue Produktentwicklung.

Die Produktentwicklung über „echte“ Prototypen kann schnell teuer werden, weshalb am XR Lab des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) jetzt die Möglichkeiten von Extended Reality im Mittelpunkt stehen.  Kann mein Produkt was es können soll – und werden es die Kunden kaufen? Die Antwort auf diese Frage entscheidet über Erfolg oder Misserfolg einer Markteinführung. Das Problem: Vor dem Produktstart kennen wir sie nicht. Die Lösung: Statt sofort kostenintensive Prototypen von Autos, Geräten oder Maschinenkomponenten zu bauen, können Unternehmen durch virtuelle Modelle in sehr frühen Entwicklungsphasen feststellen, ob ein neues Produkt in Anmutung und Bedienung für die Kunden attraktiv ist. Forschende KIT entwickeln dafür neue Methoden und Prozesse, die praxisnah in Entwicklung und Lehre angewendet werden.

Was Produktentwicklungen so teuer macht

„In der Automobilindustrie gehen nicht selten zehn Prozent des gesamten Entwicklungsbudgets in die Produktion von Prototypen“, sagt Marc Etri Leiter des XR-Lab am Institut für Produktentwicklung (IPEK) des KIT. „Da können leicht viele Millionen Euro zusammenkommen.“ Diesen Aufwand wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am IPEK reduzieren: mit Extended Reality (XR), also Computertechnologien, welche die physische Umgebung um virtuelle Komponenten erweitern (Augmented Reality, AR), oder diese auch gänzlich ersetzen (Virtual Reality, VR).

„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. Die mögliche Detailschärfe des Programms zeigt Etri am Beispiel einer Armbanduhr: Sogar Fotophänomene wie Reflektion auf dem Gehäuseglas ändern sich über verschiedene Designvarianten hinweg und angepasst an die reale Raumbeleuchtung.

Welche Möglichkeiten bieten AR und VR überhaupt?

„Viele Ingenieurinnen und Ingenieure in der Praxis wissen gar nicht, was mit AR und VR bereits möglich ist“, konstatiert Professor Albert Albers, Leiter des IPEK. „Dabei haben es uns die Spieleentwickler längst vorgemacht“, ergänzt Etri mit Blick auf die populären bildmächtigen Blockbuster-Titel aus dem Gaming-Bereich. 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. „Wir können nicht mit Methoden des 20. Jahrhunderts die Lösungen des 21. Jahrhunderts entwickeln.“

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.

Das Extended Reality Lab in der Lehre am KIT

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.“ Als digitale Natives falle den Studierenden der Umgang mit diesen Technologien leicht, glaubt Etri. „Das kann sich im künftigen Berufsleben massiv auf die Wahl ihrer präferierten Ingenieurtools auswirken.“ Im XR-Lab wird die VR-Software Cross Connected des Karlsruher Start-ups R3DT, einer Ausgründung aus dem KIT, eingesetzt. 

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