Immersive Lernumgebungen -

Immersive Lernumgebungen Realer Vorsprung durch virtuelles Training
Dennis Walch, Lehrstuhl fml, TU München
LEARNTEC, Karlsruhe, 14.02.2007
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
ForLog in Zahlen
ForLog in Zahlen:
3
Universitäten
7
Lehrstühle
30
Industriepartner
1,8 Mio. Euro
Fördersumme
4,6 Mio. Euro
Gesamtprojektsumme
01.09.2004
Starttermin
Mitglied der
Gefördert durch:
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
3
Arbeitskreise
6
Teilprojekte
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
Die Partner in ForLog
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MitLog – Mitarbeiterqualifizierung und -mobilität
Hochdynamische
Veränderungen
MA-Erfahrung
MA-Qualifizierung
WissensFehlermanagement
mobilität
Mitarbeitermobilität
Durchgängige
Kompetenz
SupraAdaptivität
Informationsmobilität
Der Mensch als Erfolgsfaktor in supra-adaptiven Logistiksystemen
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
Agenda
Von der Realität zur Virtualität
1.Konventionelle Schulungsmethoden
2.Augmented Reality unterstütztes Arbeiten
3.Virtueller Montagearbeitsplatz
4.Training in der Virtual Reality
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
«Sag es mir und ich vergesse es,
zeig es mir und ich erinnere mich,
lass es mich tun und ich behalte es.»
(Konfuzius 551-479 v. Chr.)
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
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Konventionelle Schulungsmethoden
Personalkosten
Investitionskosten
Folien
Videos
Prüfbarkeit des
Lernerfolgs
Standardisierung
Praxisnähe
Selbstlernkurse
Frontalunterricht
Learning by doing
Dauer
Erfahrung des
Ausbilders
Workshops
Vorträge
Einsatzfeld
Handbücher
Bilder
Training on the Job
Gruppierungsform
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
Informationsdarstellung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
Agenda
Von der Realität zur Virtualität
1.Konventionelle Schulungsmethoden
2.Augmented Reality unterstütztes Arbeiten
3.Virtueller Montagearbeitsplatz
4.Training in der Virtual Reality
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
Reality Virtuality Continuum von Milgram
Augmented Reality (AR): Erweiterung der Realität um rechnergenerierte
virtuelle Informationen mit kontextbezogener Bereitstellung für den Mitarbeiter
Mixed Reality
Real
Environment
Augmented
Reality
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
Augmented
Virtuality
Virtual
Reality
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
Einsatzfelder der AR-Unterstützung
Prototypenbau
Montage
Wartung und Service
Medizin
Quelle: CAMP
Quelle: BMW
Quelle: metaio
Qualitätssicherung
Quelle: ForLog, FAR
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Produktionsplanung
Quelle: fml
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AR-unterstütztes Kommissionieren
Systemgestaltung
Datenbrille als Anzeigegerät
Kontextabhängige Einblendung aller
für den Kommissioniervorgang
notwendigen Daten
Kommunikation mit dem System
über ein Interaktionsgerät (z.B.
mobile Computing, Head-Set)
Entnahme
Artikel: xyz
Anzahl: 5
Bestätigung_
Datenaustausch mit dem
Warehouse-Management-System
über eine Funkverbindung
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Augmented Reality unterstütztes Arbeiten
Potenziale
Aktuelle Grenzen
ƒ AR als unterstützendes Medium zur
Steigerung der Leistungsfähigkeit der
Mitarbeiter (hands free)
ƒ Investitionskosten für die Hardware
ƒ Reduzierung der Suchzeiten nach
Informationen (z.B. bei HMD-Einsatz)
ƒ Parallelisierung von Haupt- und
Nebentätigkeiten (z.B. bei HMD-Einsatz)
ƒ Mobiles, virtuelles Handbuch für
Prozessabläufe
ƒ Kaum Schulung durch die situationsbezogene Bereitstellung von Informationen
(z.B. Handlungsanweisungen) erforderlich
ƒ Fehlen von alltagstauglicher Hardware
(Ergonomie, Einsatz im industriellen Umfeld)
ƒ Hohe Anforderungen bei Einsatz eines
Trackingsystems
ƒ Unzureichend ergonomische Gestaltung der
HMDs (Tragekomfort, Gewichtsverteilung)
ƒ Kein Übernehmen der bekannten
Interaktionsmetaphern vom Desktop möglich
ƒ Schwer zu quantifizierender Nutzen und
Aufwand durch den Einsatz von AR
ƒ Einsparung von Schulungspersonal
ƒ Reduzierung von Fehlhandlungen
fml • Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • TU München
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner
Agenda
Von der Realität zur Virtualität
1.Konventionelle Schulungsmethoden
2.Augmented Reality unterstütztes Arbeiten
3.Virtueller Montagearbeitsplatz
4.Training in der Virtual Reality
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Virtuelle Lernumgebung bei Zollner Elektronik
Ausgangssituation
Wachsende Anzahl an Standorten, steigende Absatzzahlen
Steigende Komplexität der Produkte und Fertigungsprozesse
Höhere Anforderung an die Mitarbeiterqualifizierung
Einführen der „Job Rotation“ innerhalb der Fertigungsinseln
(Montage von elektronischen Steuergeräten)
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Virtuelle Lernumgebung bei Zollner Elektronik
Generierung der virtuellen Lernumgebung
Aufnahme der Montageprozesse und -zeiten
Modellierung der virtuellen Umgebung in 3D
Implementierung der Abläufe
Aufzeigen der Potenziale über Tests und
Fragenkatalog
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Virtuelle Lernumgebung bei Zollner Elektronik
Ergebnisse der Evaluation
Bessere Visualisierung als andere
Schulungsmethoden
Mehr Effizienz der Qualifizierungsmaßnahmen durch Entkopplung vom
laufenden Betrieb
Reduzierung der Ausbildungsdauer
Erhöhung der Ausbildungsqualität
Bessere Verfügbarkeit von Aus- und
Weiterbildung
Æ Schätzung, dass 70% der
Ausbildung über virtuelle
Lernumgebung abgedeckt
werden kann
Einsparung von Reisekosten und -zeit
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Virtuelle Lernumgebung bei Zollner Elektronik
Potenziale virtueller Systeme - Anforderungen der Zollner Elektronik AG
Orts- und Zeitunabhängigkeit des
Schulungssystems
Standardisierung der Lerninhalte
Internationalität
Verkürzung der Anlernphase
Trainieren von Fehlerszenarien
Prüfbarkeit und Identifikation kritischer
Handlungsschritte durch den Ausbilder
Integration von Analysefunktionalitäten für
mehr Transparenz über geleistete Arbeit
Einfache Bedienung
Modularer Aufbau zum schnellen Transfer
auf andere Trainingsszenarien
Kein spezielles Schulungspersonal
erforderlich
Signalwirkung für Kunden und Wettbewerb
Keine speziellen Schulungsräumlichkeiten
oder Hardwarekomponenten notwendig
Nachteile virtueller Systeme
Hoher Initialaufwand für Programmierung
Anpassung des Schulungstools an andere
Trainingsszenarien erforderlich
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Virtuelle Lernumgebung bei Zollner Elektronik
Weiteres Vorgehen
Von der produktspezifischen Schulung zur netzwerkweiten
Schulung von „Quasi“-Standardprozessen
SMD-Linie als Referenzprojekt
Umsetzung eines modularen Schulungskonzepts bestehend aus
verschiedensten Methoden von „Training on the Job“ bis VR
ÆProfitcenterübergreifende Standardisierung der Schulung
ÆAusbau des Trainings- und Schulungscenters der Firma Zollner
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Agenda
Von der Realität zur Virtualität
1.Konventionelle Schulungsmethoden
2.Augmented Reality unterstütztes Arbeiten
3.Virtueller Montagearbeitsplatz
4.Training in der Virtual Reality
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Definition der Virtual Reality (VR)
Imagination
Imagination
Rechnergenerierte
Rechnergenerierte3D-Welt
3D-Welt
Echtzeitfähigkeit
Echtzeitfähigkeit
Interaktion
Interaktion
Immersion
Immersion
Vollkommene
VollkommeneEingebundenheit
Eingebundenheit
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Aufbau eines Virtual Reality-Systems
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Training in der Virtual Reality
Bereits heute in der Ausbildung von …
Piloten
Montagepersonal
Bedienern von Land- und Forstmaschinen
Wartungs- und Servicetechnikern
Ersthelfern im Katastrophenfall
Ärzten (OP-Simulatoren)
Quelle: Fraunhofer Institut
Kampftauchern beim Militär
Quelle: RaySono AG
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VR-gestützte Kommissionierung
Durchgängiger Einsatz der VR-Technologie
Planung des manuellen Kommissioniersystems
„Menschintegrierte“ Simulation
Schulung & Vorabtraining
Realisierung des Kommissioniersystems
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Training in der Virtual Reality
Potenziale
Aktuelle Grenzen
ƒ Realitätsnahe Abbildung komplexer Systeme
möglich
ƒ Hoher Berechnungsaufwand für komplexe
VR-Modelle
ƒ Intuitive, interaktive und höhere
psychologische Einbindung des Menschen Æ
höhere Wirksamkeit der Schulung
ƒ Hohe Anschaffungskosten immersiver
Systeme
ƒ Vermittlung prozeduraler Fertigkeiten ohne
Störung der laufenden Produktion
ƒ Unzureichend ergonomische Gestaltung der
Benutzerschnittstellen (Datenbrillen, 2-dim
Bewegungsplattform)
ƒ Training und Analyse von noch nicht
realisierten oder aufwändigen Prozessen
ƒ Schwer zu quantifizierender Nutzen und
Aufwand durch den Einsatz von VR
ƒ Verkürzung der Trainingszeiten
ƒ Anlernphase im Umgang mit VR Æ Gefahr
der Überforderung des Nutzers durch zu viele
Informationen
ƒ Schulung und Simulation personengefährdender Abläufe
ƒ Höhere Motivation durch Spielcharakter der
VR-Umgebung
ƒ VR als Kommunikationsgrundlage für interdisziplinäre Teams und Hierarchieebenen
ƒ Image
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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