Was ist "Augmented Reality"?

Augmented Reality (AR, deutsch: erweiterte Realität) bezeichnet die computergestützte Einblendung digitaler Informationen in die reale Umgebung des Betrachters, in Echtzeit und kontextbezogen. Im Unterschied zur Virtual Reality, bei der die reale Welt vollständig durch eine künstliche ersetzt wird, überlagert Augmented Reality die physische Wahrnehmung lediglich mit zusätzlichen visuellen, akustischen oder haptischen Daten. Für die industrielle Produktion eröffnet diese Technologie erhebliche Potenziale, von der Instandhaltung über die Montage bis zur Qualitätskontrolle (vgl. Syska 2014, S. 6–7).

Funktionsweise und Technologie

Augmented Reality basiert auf der Kombination dreier technischer Komponenten: einer Sensorik zur Erfassung der realen Umgebung, einer Verarbeitungseinheit zur Berechnung der digitalen Überlagerung und einem Anzeigegerät zur Darstellung des erweiterten Bildes. Die Sensorik umfasst typischerweise Kameras, Tiefensensoren und Bewegungssensoren, die Position und Orientierung des Betrachters im Raum bestimmen. Die Verarbeitungseinheit erkennt relevante Objekte in der realen Umgebung, etwa eine Maschine, ein Bauteil oder einen QR-Code, und berechnet in Echtzeit die passende digitale Ergänzung.

Als Anzeigegeräte kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Smartphones und Tablets bilden die einfachste Variante: Die Kamera erfasst die Umgebung, und auf dem Display erscheinen zusätzliche Informationen als Überlagerung. Datenbrillen wie die Microsoft HoloLens projizieren halbtransparente Hologramme direkt in das Sichtfeld des Trägers, sodass dieser beide Hände für die eigentliche Tätigkeit frei hat. Head-up-Displays in Fahrzeugen oder an Maschinen stellen eine weitere Variante dar, bei der Informationen auf eine transparente Fläche projiziert werden.

Entscheidend für die Praxistauglichkeit ist die Genauigkeit der räumlichen Registrierung, also die exakte Positionierung der digitalen Inhalte relativ zu den realen Objekten. Moderne AR-Systeme erreichen Genauigkeiten im Millimeterbereich, was für die meisten industriellen Anwendungen ausreichend ist. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit muss dabei so hoch sein, dass keine spürbare Verzögerung zwischen der Kopfbewegung des Betrachters und der Neuberechnung der Überlagerung entsteht.

Anwendung in der Instandhaltung

Eines der wirkungsvollsten Einsatzfelder für Augmented Reality in der Produktion ist die Instandhaltung. Wartungstechniker können über eine Datenbrille oder ein Tablet Schritt-für-Schritt-Anleitungen direkt an der Maschine eingeblendet bekommen, mit Pfeilen, Markierungen und Texthinweisen, die exakt auf die betreffenden Bauteile ausgerichtet sind. Dadurch entfällt das zeitraubende Blättern in Handbüchern und die Fehlerquote bei komplexen Wartungsarbeiten sinkt erheblich.

Im Kontext von TPM unterstützt Augmented Reality insbesondere die Autonome Instandhaltung. Maschinenbediener, die Grundwartungsaufgaben selbst durchführen, erhalten über AR-Anwendungen visuelle Führung bei Reinigungs-, Inspektions- und Schmiertätigkeiten. Kritische Prüfpunkte werden farblich hervorgehoben, Sollwerte direkt am Messgerät angezeigt und der aktuelle Maschinenstatus in Echtzeit visualisiert. Dies senkt die Hemmschwelle für nicht-spezialisierte Mitarbeiter und beschleunigt die Qualifizierung neuer Kolleginnen und Kollegen.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Remote-Unterstützung: Bei komplexen Störungen kann ein Experte aus der Ferne über die AR-Brille des Technikers vor Ort mitschauen und Anweisungen direkt in dessen Sichtfeld einblenden. Die Reisezeit des Spezialisten entfällt, und die Maschine wird schneller wieder verfügbar, ein erheblicher Beitrag zur Erhöhung der OEE.

Augmented Reality in der Montage

In der Montagetechnik ermöglicht Augmented Reality eine fehlerfreiere und schnellere Ausführung manueller Arbeitsschritte. Montageanweisungen werden direkt auf das Werkstück projiziert oder über eine Datenbrille eingeblendet. Der Werker sieht exakt, welches Bauteil als nächstes zu montieren ist, in welcher Position und mit welchem Drehmoment die Verschraubung erfolgen muss und ob das Ergebnis den Qualitätsanforderungen entspricht.

Diese Unterstützung erweist sich besonders bei hoher Variantenvielfalt als wertvoll. Statt für jede Produktvariante eigene Arbeitsanweisungen auszudrucken und auszulegen, liefert das AR-System automatisch die zum aktuellen Auftrag passende Anleitung. Dadurch wird die Rüstzeit zwischen verschiedenen Varianten reduziert, ein Beitrag zu den Zielen von SMED. Gleichzeitig sinkt die Wahrscheinlichkeit von Verwechslungen und Montagefehlern, was den Nacharbeitsaufwand verringert.

Qualitätskontrolle und Prüfung

In der Qualitätskontrolle unterstützt Augmented Reality visuelle Prüfungen durch die Überlagerung von Soll-Daten mit dem realen Ist-Zustand. Ein Prüfer kann beispielsweise das CAD-Modell eines Bauteils als halbtransparentes Hologramm über das reale Bauteil legen und sofort erkennen, wo Maßabweichungen vorliegen. Oberflächenfehler lassen sich durch gezielte Beleuchtungssteuerung und kontrastverstärkende Filter besser erkennen als mit bloßem Auge.

Im Rahmen der Null-Fehler-Strategie ermöglicht AR außerdem die Integration von Poka-Yoke-Mechanismen in manuelle Prüfprozesse. Das System kann automatisch warnen, wenn ein Prüfschritt ausgelassen wird oder ein Messwert außerhalb der Toleranz liegt. Prüfergebnisse werden digital dokumentiert und sind sofort für die statistische Prozesskontrolle verfügbar.

Schulung und Wissenstransfer

Augmented Reality verändert die betriebliche Qualifizierung grundlegend. Neue Mitarbeiter können an realen Maschinen und Anlagen trainieren, während das AR-System zusätzliche Erklärungen, Hinweise und Warnungen einblendet. Dieser Ansatz verbindet die Vorteile des Lernens am realen Objekt mit der Sicherheit und Strukturierung eines digitalen Tutorials. Die Einarbeitungszeit wird verkürzt, und das erlernte Wissen ist unmittelbar praxisnah.

Im Sinne von Yokoten, der horizontalen Verbreitung von Wissen, ermöglicht AR die Standardisierung und Weitergabe von Best Practices über Standortgrenzen hinweg. Ein an einem Standort entwickeltes Wartungsverfahren kann als AR-Anleitung exportiert und an anderen Standorten ohne physische Anwesenheit des Experten eingesetzt werden. Damit wird implizites Erfahrungswissen in explizite, reproduzierbare Anleitungen überführt.

Herausforderungen bei der Einführung

Trotz der vielfältigen Möglichkeiten stehen Unternehmen bei der Einführung von Augmented Reality vor Herausforderungen. Die Erstellung hochwertiger AR-Inhalte erfordert erheblichen Aufwand: 3D-Modelle müssen erstellt, Erkennungsmarker definiert und Abläufe programmiert werden. Die Integration in bestehende IT-Landschaften, insbesondere in ERP- und MES-Systeme, ist technisch anspruchsvoll.

Auf der menschlichen Seite spielt die Akzeptanz eine entscheidende Rolle. Nicht alle Mitarbeiter begrüßen die ständige digitale Überwachung und Anleitung. Es bedarf einer sorgfältigen Einführung, die den Mehrwert für den einzelnen Mitarbeiter sichtbar macht und Bedenken hinsichtlich Datenschutz und Überwachung ernst nimmt. Ergonomische Aspekte, etwa das Gewicht von Datenbrillen oder die Ermüdung der Augen, begrenzen zudem die Einsatzdauer (vgl. Syska 2014, S. 7).

Praxistipp: Beginnen Sie mit einem klar abgegrenzten Pilotprojekt, etwa der AR-gestützten Wartungsanleitung für eine komplexe Maschine. Messen Sie die Auswirkungen auf Fehlerquote und Bearbeitungszeit, bevor Sie den Einsatz auf weitere Bereiche ausweiten.

Quellenangaben

Syska, A. (2014): Augmented Reality und Kollege Avatar, Willkommen auf dem Holodeck der Fabrik der Zukunft, in: YOKOTEN 04/2014, S. 6–7.

Weiterführende Literatur

May, C.; Schimek, P. (2015): Total Productive Management, Grundlagen und Einführung von TPM, oder wie Sie Operational Excellence erreichen. 6. Aufl., CETPM Publishing, Herrieden.

Verwandte Konzepte

• TPM, Ganzheitliches Produktionssystem, in dem AR die Instandhaltung unterstützt.
• Autonome Instandhaltung, Bedienergestützte Wartung, die durch AR-Anleitungen erleichtert wird.
• OEE, Anlageneffektivität, die durch schnellere Fehlerbehebung mittels AR steigt.
• SMED, Schnellrüsten, das durch AR-gestützte Rüstanweisungen beschleunigt wird.
• Null-Fehler-Strategie, Fehlervermeidung durch AR-basierte Poka-Yoke-Mechanismen.
• Yokoten, Wissenstransfer, der durch standardisierte AR-Inhalte standortübergreifend gelingt.
• CETPM, Kompetenzzentrum an der Hochschule Ansbach für TPM und Lean.