Interactief werken met mixed-reality fabrieksindelingen

Aan de fabrieken van de toekomst worden aanzienlijke eisen gesteld, zoals het vermogen zich snel aan te passen aan productieprocessen en te functioneren binnen krappe ruimtes die hoge exploitatiekosten met zich meebrengen. Mixed reality kan de fabrieksplanning in precies dit soort scenario’s efficiënt ondersteunen. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA hebben met hun HoloLayouts-software een toepassing ontwikkeld waarin meerdere mensen interactief kunnen samenwerken aan het creëren van fabrieksindelingen die efficiënt gebruik maken van de ruimte. Het fabrieksplanningsproces kan worden ervaren in een virtuele omgeving, waarbij wijzigingen live en in realtime worden aangebracht.

Tegenwoordig worden fabrieken vaak op computers gepland. Het nadeel van deze aanpak is dat het moeilijk is productiemedewerkers bij het proces te betrekken, omdat de software meestal door een expert moet worden bediend. Input van productiemedewerkers is echter een essentieel onderdeel van het creëren van de juiste lay-outs en ruimtes. Productieprocessen evolueren ook snel, waardoor fabrieksgebouwen moeten worden omgebouwd en uitgebreid. De productie van batterijen is een prominent voorbeeld van een gebied waar de processen snel veranderen als gevolg van innovaties in producten en productietechnologieën. Deze uitdagingen hebben de onderzoekers van Fraunhofer IPA ertoe gebracht een toepassing voor mixed-reality (MR) fabrieksplanning te ontwikkelen. HoloLayouts kwam tot stand als onderdeel van het DigiBattPro4.0 – BMBF-project (gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek BMBF), dat tot doel heeft een volledige digitale transformatie op het gebied van de productie van batterijcellen tot stand te brengen.

“De ruimtes die gebruikt worden voor de productie van batterijen kosten veel om te exploiteren vanwege de specifieke eisen die de processen met zich meebrengen, zoals cleanrooms en dryrooms. Het zijn meestal ook vrij schaarse ruimtes. Productie-innovaties vereisen in de toekomst veelzijdige flexibele ontwerpmogelijkheden. De fabriek van de toekomst moet veranderlijk zijn,” zegt Christian Kaucher, onderzoeker bij Fraunhofer IPA. “Met HoloLayouts spelen we in op deze behoefte en maken we een ruimte-efficiënte, flexibele planning mogelijk waarmee lay-outs snel kunnen worden aangepast aan nieuwe product- en productietechnologieën.” Samen met collega’s Günther Riexinger en Markus Sasalovici, en met behulp van de Unity-ontwikkelomgeving, is Kaucher erin geslaagd het belangrijkste voordeel van de mixed-reality tool te benutten: Het stelt meerdere mensen in staat om met elkaar te communiceren bij het plannen van een fabriek, iets wat over het algemeen niet mogelijk is met conventionele computergestuurde 3D-planningstools. In tegenstelling tot virtual reality (VR) is er geen scheiding tussen de werknemers en de omgeving – naast de virtuele modellen kunnen zij nog steeds de werkelijke omgeving zien en kunnen zij interageren met andere mensen die betrokken zijn bij het planningsproces.

Fijnafstemming en validering van fabrieken

Dit is mogelijk gemaakt door een combinatie van de HoloLayouts-software en de hardware die daarvoor nodig is: Microsoft HoloLens 2. Deze mixed-reality headset projecteert de virtuele planningsomgeving rechtstreeks in het gezichtsveld van de gebruiker. Gebruikers kunnen vervolgens individuele objecten zoals machines of werkstukken oppakken, verplaatsen, schuiven, schalen en positioneren, en er is een catalogus beschikbaar voor het toevoegen van nieuwe objecten. Ook kunnen bijvoorbeeld afstanden tussen objecten en gangbreedtes worden aangepast. In de miniatuurmodus kunnen gebruikers beginnen met het opstellen van een reeks lay-outopties en een overzicht van het plan bekijken. De lay-outs worden vervolgens in hun oorspronkelijke grootte weergegeven in de 1:1-modus, zodat ze ter plekke kunnen worden gevalideerd. “Dit maakt het mogelijk om in een vroeg stadium gebreken in de planning op te sporen, aangezien de medewerkers een realistisch beeld krijgen van hoe het plan voor de fabrieksomgeving eruitziet”, aldus Kaucher, die wijst op de voordelen van de twee weergaveopties. Medewerkers kunnen in beide modi ook als team werken en samen aan lay-outs werken. Een gedeelde sessie kan worden gestart om meer gebruikers toe te voegen, hetzij in dezelfde ruimte (Co-Located modus) of op meerdere locaties (Remote modus). De Co-Located modus toont het model aan alle deelnemers op precies hetzelfde punt in de ruimte, zodat ze gemakkelijker specifieke aspecten van de lay-out kunnen bespreken. Dankzij het intuïtieve ontwerp van de toepassing kunnen zelfs medewerkers zonder ervaring met MR deelnemen aan het planningsproces.

Praktijk

HoloLayouts is al gebruikt in het Center for Digitalized Battery Cell Manufacturing (ZDB) om een assemblagelijn voor 21.700 lithium-ion batterijcellen te plannen. De productie van batterijcellen bestaat uit het vervaardigen van elektrodestrips, het assembleren van de cellen met behulp van elektroden en andere componenten, en het afwerken van de cellen. Bij Fraunhofer IPA werd een productielijn gecreëerd voor het assembleren van de cellen, de tweede van deze stappen. “We konden HoloLayouts hierbij gebruiken, waardoor we lay-outs konden maken en testen die de beperkte beschikbare ruimte zeer efficiënt gebruikten”, aldus Kaucher.