Keynote: Virtual Engineering als Tagesgeschäft | DOKU-FORUM 2015

KeynoteVirtual Engineering als Tagesgeschäft

Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka OvtcharovaKarlsruher Institut für Technologie, Institutsleitung Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen

Wir danken Frau Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka Ovtcharova für den Vortrag auf dem DOKU-FORUM 2015 und für die Bereitstellung der Folien.

Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI)

www.kit.edu KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und

nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

Industrie 4.0 als Chance und Herausforderung

für Unternehmen

Virtual Engineering - Digitalisierung als Tagesgeschäft

Prof. Jivka Ovtcharova

2 Prof. Jivka Ovtcharova

Inhalt

Über uns

Was hat sich in den letzten Jahren geändert?

Digitalisierung als Tagesgeschäft

Von der Vision zur Praxis

28.04.2015


Über uns




Inhalt

28.04.2015


Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

28.04.2015

Am 1. Oktober 2009 wurde das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

als Zusammenschluß des Forschungszentrums Karlsruhe und der

Universität Karlsruhe gegründet.

Forschung Lehre Innovation

Bild: KIT


Lifecycle Engineering Solutions

Center (LESC)

Abteilung Prozeß- und

Datenmanagement im

Ingenieurwesen (PDE)

Institut für Informationsmanagement im

Ingenieurwesen (IMI)

Organisation

FZI Bereich

Intelligent Systems

and Production

Engineering

KIT Bereich III - Maschinenbau und Elektrotechnik


Profil


Vernetzung, Interdisziplinarität und Komplexität

in der Wirtschaft im Einklang mit Industrie 4.0

erfordern neuartige Kompetenzen bei

Problemlösungen.

Wechsel der „Wissens- und Technologie-

generationen“ innerhalb 3-5 Jahren liegt unter

der Ausbildungszeit an Universitäten und setzt

moderne interaktive Bildungsformen voraus.

Verschärfte Wettbewerbssituation verlangt

schnelle Business Transformation und

Anpassung an die veränderten

technologischen und gesellschaftlichen

Rahmenbedingungen.

Herausforderung

28.04.2015


Kompetenz Bildung Transformation

Praxisorientierte Kurse

Workshops und Seminare

interdisziplinäre

Qualifikationen

Berufsausbildung vor Ort

und Off-Site

Qualifikation für neue

Ingenieurberufe

Grundlagen- und

Industrieforschung

Proof-of-Concept

Pilotierung und

Demonstration

Wissenschaft als

Dienstleistung

Wissenstransfer

Unternehmens-

veränderungen im

Digitalzeitalter

Strategie, Struktur,

Kultur und Prozesse

Konferenzen,

Ausstellungen,

Seminare

Raum für Visionen

Lifecycle Engineering Solutions Center: Mission

Lifecycle Engineering Solutions Center


Virtual Environments Lab Stereoscopic 7-channel projection

system, ART tracking system

Mixed Reality Lab

Mobile projection, ART tracking

system and haptic devices

Collaboration Lab

Foldable wall between Collaboration Lab

and Virtual Environments Lab

Content Creation Lab

Training and Development with CAx/PLM

FDIBA Lab

Spatial and technical

cooperation platform

Value Creation Lab

Demonstration and transfer of

research results

Energy Experience Lab

Mixed reality platform solutions for

energy efficiency

Tea Lab

Creativity pool

Lifecycle Engineering Solutions Center: Infrastructure

Lifecycle Engineering Solutions Center


Über uns




Inhalt

28.04.2015


Computersimulation

Video: GM, 2003

Beispiel: Robotersimulation



Man-Machine Interaction

Welches Prinzip liegt zugrunde?

Video: LESC, 2013

Beispiel: Fusionsreaktor in der virtuellen Realität


Bidirektionale Kommunikation

Quelle: in Anlehnung an S. Böckl, 2005

Was bedeutet das?

Tasks

Knowledge gain

Kybernetisches Modell der 60er Jahre


Quelle: InReal Technologies

Bidirektionale Kommunikation

INTERAKTION

EMOTION

IMMERSION

Beispiel: Virtueller Rundgang

Was sind die Folgen?


Neuartige Kommunikationsdaten

Video: LESC, 2014

Was ist noch neu?

Beispiel: Trackingdaten


Digitale Gesellschaft

Bild: KIT, 2014

Was sind die Folgen?

Totale IT-Durchdringung in allen Lebens- und Arbeitsbereichen


Internetzeitalter

Bild: Map of internet, Lewis & Clark College, 2013

Was noch?

By 2020, 31 billion devices

and 4 billion users will be

connected to the Internet

(Gartner)

Exponentiell wachsende Anzahl der angeschlossenen Geräte und Benutzer


Bild: pearltrees.com

Welche Veränderungen kommen?

Explodierende Datenflut

Vernetzte Welt

Every two days is as much

information as generated

from the beginning of

civilization up to 2003

(Eric Schmidt, Chairman

and CEO Google)


Der Übergang zu der digitalen Gesellschaft setzt ein neues

Verständnis der menschlichen Möglichkeiten und Bedürfnisse voraus.

Megatrends

28.04.2015

Emotion

Begeisterung

Erlebnis

Engagement

Verbundenheit

INDIVIDUUM WISSENSCHAFT

Interdisziplinarität

Komplexität

Transparenz

Nachhaltigkeit

Praxisorientierung

GESELLSCHAFT

Mobilität

Mediatisierung

Multikulturarisierung

Urbanisierung

Alterung

WIRTSCHAFT

Globalisierung

Diversität

Lebenszyklusfokus

Frontier-Märkte

Neo-Ökologie

Bild: eigene Darstellung


Ende 18. Jahrhundert Beginn 20. Jahrhundert Beginn 70er-Jahre Heute

Inn

ovati

on

sg

rad

Zeit

Industrie 1.0

Massenproduktion

Mechanisierung

Wasser- und Dampfkraft

Industrie 2.0

Massenverteilung

Elektrifizierung

Elektrische Energie

Industrie 3.0

Weltwirtschaft

Automatisierung

Informationstechnologie

Industrie 4.0

Lebensqualität

Cyberisierung Smart Engineering

Bild: eigene Darstellung

Industrie 4.0 – der historische Schritt


Zusammenspiel dreier Faktoren

28.04.2015

Bild: SEW Eurodrive

Steigende Komplexität

der industriellen

Produktion

Bild: Hopf

Einbettung von

Computern in

Alltagsgegenstände

Bild: Computerbild

Internet der Dinge und

Dienste als

Verbindungsmedium der

dinglichen und der

virtuellen Welt

Industrie

4.0

Bild: Fraunhofer IAO/BITKOM

Aufbruch in die Zukunft

durch neue

Ingenieurmethoden für

realitätsnahe Human-

Computer-Interaktion

(logisch,

nachvollziehbar,

intuitiv) in Echtzeit

Prof. Jivka Ovtcharova Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen 22 28.04.2015

Quelle: Lifecycle Engineering Solutions Center

Virtual Engineering

Teamarbeitsplatz

Entscheidungsorientiert

Mensch im Mittelpunkt

Echtzeit-Anwendung

Intuitive Interaktion

Virtual Engineering vs. Traditional Engineering

Traditional Engineering

Einzelarbeitsplatz

Aufgabenorientiert

IT im Mittelpunkt

Offline-Anwendung

GUI-basierte Interaktion

GUI – Graphical User Interface


Über uns




Inhalt

28.04.2015


Industry 4.0 Collaboration Lab

Industrie 4.0 Collaboration Lab am KIT

“Mittelstand trifft Forschung”

Industrie 4.0 Collaboration Lab

am LESC/KIT Karlsruhe, seit 24. September 2014

http://www.solidline.de/home.html



1. Vollständige Datenerfassung aus verschiedenen, heterogenen und

unstrukturierten Datenquellen im Sinne von Big Data

2. Intelligente Datenaufbereitung und ganzheitliche Vernetzung für

webbasierte Auswertung mit Hilfe von wissensbasierten

Datenmodellen

3. Einsatz von Operational Intelligence Algorithmen für Analyse von

"unscharfen" multidimensionalen Daten (Text, Zeichnungen, 3D-

Modelle, Sensordaten, usw.)

4. Sicherung der Datenqualität mit Hilfe automatischer Data Quality

Check Tools

5. Echtzeit-Datenauswertung und -Visualisierung der Ergebnisse auch

auf mobilen Geräten

6. Stärkung der Standardisierung und Entwicklung

branchenübergreifender Geschäftsprozesse

7. Bildung und Training aller Beteiligten um die Digitalisierung in das

Tagesgeschäft zu integrieren


High-Speed-Netzwerk Technologien

Entertainment und Spielindustrie, 3D movies, 3D TVs, game consoles,

HMDs

Neuartige Eingabegeräte wie Kinect, Leap Motion

Verstärkter Einsatz von 3D printing, Software und Dienstleistungen

Mensch-zentrierte Technologien

Herausforderung: Daten in verschiedenen, auch vorab nicht bekannten

Strukturen für die Analyse nutzbar zu machen – Big Data

Bild: theguardian.com Video: Microsoft Hololens


Psychophysiologischen Messungen

Frühzeitige Erfassung der Kundenzufriedenheit in immersiver

Umgebung

Emotionales Feedback

Emotionsmessung durch

implizite Erfassung

Emotionserkennung durch

immersives Feedback



Immersive Visual Data-Mining

Vorteile der VR

Visualisierung von bis zu 8 Dimensionen

Hochauflösende Visualisierung

Hoher Interaktionsgrad

Idee

Explorative Datenanalyse durch

Einbindung des Menschen als

Mustererkennungswerkzeug

Ansatz

Visualisierung von Datenbankinhalten

Datenbankabfragen durch

Interaktionsmetaphern © VR-Solutions

Quelle: eigene Darstellung


Intuitive Mensch-Computer-Interaktion

Problem

Buttom-Up Ansatz

Werkzeug getriebene Prozessgestaltung

Idee

Aufgabenorientierte Werkzeuggestaltung

„gehirn-gerechte“ Arbeitsabläufe

Ansatz

Interaktive Simulatorkopplung für Virtuelle

Realität:

Nutzung der Virtuellen Realität als

Kommunikations- und Verständniswerkzeug

Echtzeitfähigkeit / Interaktivität

Transparente Nutzung von CPU und GPU

Ressourcen in HPC-Umgebungen

Quelle: eigene Darstellung


Über uns




Inhalt

28.04.2015


Virtual Reality Environment - Studien

Natural Interaction and Configuration

Paradigms Study in Various VEs

User Behavior Study in VR, CAVE

Environment

Impact of Motion in Virtual Environments on

Memorization Performance


Simulationsbasierte Nachbildung,

Untersuchung und Qualifizierung

eines Vibrationsverfahrens für

Dekontamination von Rohrleitungen

Validierung der Versuchsergebnisse

an physikalischen Prototypen

Visualization of FEM Simulation

Virtuelle Validierung - SimViDekont


Für Forschung und Training

Operationale Konzepte für

Werkzeugmaschinen mit Hilfe

der VR-Technologien:

Manuelle und automatische

Bedienung und

Konfiguration über eine 3D-

Web-Oberfläche

Virtuelle Darstellung der

Maschine und Steuerung mit

dem haptischen Gerät

Mensch-zentrierte Konzepte für Fertigung


Echtzeitkopplung von einem

virtuellen mit einem realen Modell

eines öffentlichen Gebäudes

Energieverbrauchsmessung in

Echtzeit und Raum mit Nutzung von

VR-Devices

Gesture control

Web-Interface

Training und Bildung in Immersive Energy Efficiency


Virtuelle Fabrik

Visualisierung von großen

integrierten Produktionslinien in

Echtzeit

Semantik, Kinematik und Aktoren

der 3D-Modelle (AML)

Interaktive Website als Texturen

Interface für Systemsteuerung in

der Virtuellen Realität

Verbindung über Browser oder

mobile Geräte

Prof. Jivka Ovtcharova Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen 37 28.04.2015

Datenaufbereitung für die Fa. Gabler

Datenaufbereitung und Visualisierung des neuen Werks der Gabler GmbH

+ Co. KG aus Malsch, das vollständig in SOLIDWORKS geplant und in

der virtuellen 3D-Umgebung (CAVE) des Lifecycle Engineering Solutions

Centers getestet wurde.



Die Zukunft hat begonnen, machen Sie mit!

Technology

Keynote: Virtual Engineering als Tagesgeschäft | DOKU-FORUM 2015