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VR und KI in Industrie 4.0

Künstliche Intelligenz und Virtual Reality: Mensch und Roboter arbeiten Hand in Hand

16.11.2016
Von Thomas Fischer
In der Vergangenheit führten Industrieroboter Arbeitsschritte meist nur strikt nach Programm aus. Heute und zukünftig sorgen moderne Techniken wie Virtual- und Augmented Reality, künstliche Intelligenz sowie immer leistungsfähigere Sensoren dafür, dass diese unermüdlichen Helfer lernfähig sind und dem Mensch bei vielen Tätigkeiten unterstützend beiseitestehen.

Die Produktionsanlagen der Zukunft sind vernetzt. Eine zunehmend wichtige Rolle spielen dabei moderne Technologien wie Virtualisierung und hochpräzise Sensortechnik. Zudem macht die Forschung zum Thema künstliche Intelligenz große Fortschritte. Sie ist einer der großen Hoffnungsträger bei der Realisierung von Industrie 4.0.

Die Integration dieser Technologien in die Maschinen und ihr aufeinander abgestimmtes Zusammenspiel verleiht Produktionsmaschinen bereits heute ein gutes Stück künstliche Intelligenz. Das äußert sich beispielsweise darin, dass sie den Produktionsablauf durch selbstständige Analyse verändern und anpassen können, um ihn kontinuierlich zu optimieren. So ist es etwa möglich, auch geringe Stückzahlen eines Produktes kosteneffizient herzustellen oder individuelle Produktwünsche der Kunden kostengünstig und flexibel zu erfüllen.

Auch wenn der Roboter alle notwendigen Arbeitsschritte für seine Tätigkeit kennt, sorgen Sensoren in Zusammenspiel mit künstlicher Intelligenz dafür, dass die Maschine beispielsweise Unregelmäßigkeiten erkennt und selbstständig Gegenmaßnahmen durchführt. Nur noch selten muss dann ein Mitarbeiter eingreifen.
Auch wenn der Roboter alle notwendigen Arbeitsschritte für seine Tätigkeit kennt, sorgen Sensoren in Zusammenspiel mit künstlicher Intelligenz dafür, dass die Maschine beispielsweise Unregelmäßigkeiten erkennt und selbstständig Gegenmaßnahmen durchführt. Nur noch selten muss dann ein Mitarbeiter eingreifen.
Foto: KUKA

Der Roboter als Mitarbeiter

Im Bereich der Industrieroboter sind diese Techniken längst erfolgreich im Einsatz. Hier hat sich die in Augsburg beheimatete KUKA Roboter GmbH weltweit einen Namen gemacht. KUKA-Robotertechnik findet man in fast jedem Industriezweig, in Forschungseinrichtungen, Universitäten und sogar in der Freizeit- und Vergnügungsindustrie. Besonders stark vertreten sind die cleveren Helfer in der Automobilproduktion. Aktuelle Entwicklungen und Produkte gehen hier in eine Richtung, bei der Roboter nicht mehr nur stur nach Ablaufplan bestimmte Arbeitsschritte durchführen, sondern mit dem Menschen interaktiv wie mit einem Mitarbeiter zusammenarbeiten.

Mithilfe entsprechender Sensoren kann sich die Maschine auf die Bewegungen und Gesten des menschlichen Kollegen einstellen und entscheiden, welche Aktion zu welchem Zeitpunkt wie auszuführen ist - ohne dass der Roboter dabei wie früher aus Sicherheitsgründen durch einen Schutzkäfig abgeschottet werden muss. Mensch und Roboter arbeiten quasi Hand in Hand.

Ein Beispiel solch eines Roboters kommt aus dem Unternehmen KUKA und trägt die Bezeichnung LBR iiwa (LBR steht hier für "Leichtbauroboter", iiwa für "intelligent industrial work assistant"). Er kommt unter anderem in der Fertigungsstrecke des Ford Fiesta im Werk Köln erfolgreich zum Einsatz. Er übernimmt dort die Montage der Stoßdämpfer, die einen technisch anspruchsvollen Arbeitsschritt darstellt. Für den Menschen würde diese Tätigkeit eine hohe körperliche Beanspruchung bedeuten, zumal die Montage in einer schnell getakteten Arbeitsumgebung erfolgt. Körperliche oder gesundheitliche Belastungen sowie Fehler bei der Montage lassen sich hier durch den Einsatz eines Roboterkollegen vermeiden.

Praktisch funktioniert das so: Der Arbeiter übergibt dem Roboter LBR iiwa per Hand den Stoßdämpfer. Der Roboter erkennt über sein Sensorsystem das Teil, greift es und führt selbsttätig die Montage aus. Dabei ist der Roboter nicht nur extrem berührungsempfindlich, er zeichnet sich außerdem durch eine erstaunliche Fingerfertigkeit aus.

Innovationen am Arbeitsplatz der Zukunft

Die Kombination künstlicher Intelligenz mit Techniken der virtuellen Realität ist ein wichtiger Treiber der vierten industriellen Revolution. Besonders in der Verbindung von Augmented Reality mit industriellen Robotern steckt für Unternehmen ein riesiges Potenzial. Das untenstehende Video demonstriert anschaulich die Verschmelzung virtueller Technologien mit Mensch und Roboter in der Entwicklung und Programmierung der KUKA Industrieroboter.

Dabei betrachtet der Mensch den Roboter samt seiner Arbeitsumgebung durch eine Augmented Reality Brille hindurch auf einem 3D-Display. Gleichzeitig befindet ich auf dem Tisch ein Falcon Haptic Device. Mit diesem spezielle 3D-Steuerungs-Controller kann der Mensch per Hand zunächst sämtliche möglichen Bewegungen des Industrieroboters am Haptic Device simulieren. Hinzu kommt, dass das Gerät selber den mechanischen Widerstand des Industrieroboters simuliert, so dass der Mensch diesen direkt spürt - und wenn nötig entsprechende Gegenmaßnahmen ergreift, etwa einen stärkeren Gegendruck erzeugen oder den Stopp des Bewegungsvorgangs befehlen.

Aber nicht nur in der Robotertechnik ist die virtuelle Realität bereits real angekommen. So konzentriert sich auch die Logistikbranche sehr stark auf diese Technik. Anfang des Jahres 2016 nahm das deutsche IT-Systemhaus Bechtle in seiner Logistikzentrale ein System in Betrieb, das Augmented Reality nutzt. Voran ging ein gemeinsames Projekt mit SAP, das sich nach Abschluss einer intensiven Probezeit als erfolgreich erwies. Zudem führte Bechtle parallel dazu intelligente Lager- und Regaltechniken zum Aufspüren und Transportieren der gelagerten Produkte ein. Die meisten der zuvor manuell gesteuerten Vorgänge sind nun durch Sprachsteuerung und über Funktionen der Augmented Reality Brille bequemer, schneller und fehlerfrei erledigt.

Fazit

Die oben genannten Beispiele zeigen: Virtuelle Realität und künstliche Intelligenz sind für zukunftsfähige Unternehmen entscheidende Innovationen und haben in vielen Branchen der Industrie bereits Einzug gehalten. Die Forschung und Entwicklung hat hier vor allem in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt. Möglich wurde das durch endlich verfügbare leistungsstarke Rechentechnik, Speichersysteme, Displays und Kameras sowie durch spezielle Materialien und Verfahren zur Verbesserung der Sensortechnik.

Erfahren Sie mehr über das Thema VR in unserer Virtual-Reality-Artikelserie: sie erklärt die Technik hinter VR, zeigt weitere spannende Einsatz-Beispiele für VR und beleuchtet Augmented Reality am Arbeitsplatz der Zukunft. Und mithilfe der VR-Checkliste können Sie überprüfen, ob auch Ihr Unternehmen schon bereit ist für VR.

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