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Simu­la­tio­nen für mehr Sicher­heit

Start-up setzt auf Virtual Reality in der Arbeitswelt
Simu­la­tio­nen für mehr Sicher­heit

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Die Pioniere vom Team Varity des Start-ups Modell­fa­brik Boden­see GmbH wissen: In der Indus­trie gibt es großen Bedarf an 3D-Simulationen. Sinn­volle Einsatz­mög­lich­kei­ten für Virtual oder Augmen­ted Reality – kurz VR oder AR – sehen sie vor allem in den Berei­chen Instand­hal­tung und Trai­ning. An ihrem Schweiß­si­mu­la­tor etwa versu­chen sich Anfän­ger völlig gefahr­los und verbrau­chen dabei oben­drein kein teures Mate­rial. Doch das ist erst der Anfang.

Petra Jauch

Es knis­tert. Funken stie­ben. Behut­sam führt der Schü­ler den Bren­ner am Werk­stück entlang. Ob die Schweiß­naht gelun­gen ist? Prüfend hebt er das Metall­stück hoch, betrach­tet es von allen Seiten. Doch was sich für ihn täuschend echt darstellt, bleibt für andere unsicht­bar. Der Schweiß­vor­gang und das Ergeb­nis seiner Arbeit sind nur mit der VR-Brille wahr­nehm­bar. Schlauch, Bren­ner und Werk­stück, mit denen hantiert wird, sind aller­dings echt: „Wir haben fest­ge­stellt, dass die Immer­sion größer ist, wenn Objekte aus der realen Welt in die VR inte­griert werden“, erklärt Lukas Lögler. Der Begriff Immer­sion, abge­lei­tet aus dem latei­ni­schen Wort für Eintau­chen, fällt häufig in Verbin­dung mit VR. Gemeint ist der Effekt, so stark in die virtu­elle Welt hinein­ge­zo­gen zu werden, dass Nutzer diese für real halten.

Team im Aufbau

Lukas Lögler ist einer der Mitar­bei­ter in der Modell­fa­brik Boden­see GmbH, die in dem Start-up das Team Varity bilden. Das Beson­dere an Varity ist, dass seine Mitglie­der gleich­zei­tig Master­stu­den­ten an der Hoch­schule für Tech­nik, Wirt­schaft und Gestal­tung in Konstanz sind und ihre Studi­en­in­halte mit ihrer Arbeit abglei­chen können. Auf diese Weise versu­chen sie, VR und AR im Arbeits­markt zu etablie­ren. Große Chan­cen sehen die Team­mit­glie­der dafür vor allem im Bereich Arbeits­si­cher­heit: Hier bieten Trai­nings­si­mu­la­tio­nen einen echten Mehr­wert. Auch der Zeit­punkt scheint güns­tig: „Virtual Reality ist für viele momen­tan noch so etwas wie ein Spiel­zeug. Der soge­nannte Hype-Zyklus läuft aber jetzt aus und wir kommen in die Produk­ti­ons­schiene“, erklärt Lögler.

Zum Varity-Team gehö­ren neben Lukas Lögler auch Wirt­schafts­in­ge­nieure und Infor­ma­ti­ker. „Unser VR/AR-Team gibt es jetzt seit einem Jahr. Wir befin­den uns noch im Wachs­tum und versu­chen, weitere Kompe­ten­zen dazu­zu­ge­win­nen.“ Zum Beispiel aus dem Bereich Psycho­lo­gie, denn psychi­sche Aspekte spie­len eben­falls eine Rolle dabei, wie gelun­gen eine Simu­la­tion wirkt und wie gut sie bei den Menschen ankommt. Als Kommu­ni­ka­ti­ons­ex­perte hat Lögler zumin­dest einige Kennt­nisse auf diesem Gebiet. Im Team verant­wor­tet er den Bereich Konzep­tion und „User Expe­ri­ence“ – sprich Nutzer­er­fah­run­gen.

Offene Unter­neh­mens­tü­ren

Unser Ziel ist es, sinn­volle Virtual-Reality-Anwendungen für die Indus­trie des 21. Jahr­hun­derts zu entwi­ckeln“, fasst er zusam­men. Ganz auf sich allein gestellt sind die Studen­ten dabei nicht, denn Varity ist eine Toch­ter der Modell­fa­brik Boden­see GmbH und wird von deren Grün­dern, den Profes­so­ren Markus Kurth und Cars­ten Schleyer, unter­stützt. „Wir haben das Glück, dass die beiden sehr viele Leute aus der Indus­trie kennen.“ Summa summa­rum kamen so bereits einige Projekte zustande: Neben dem Schweiß-Simulator, den die Tüft­ler aus Konstanz im Austausch mit poten­zi­el­len Nutzern konti­nu­ier­lich verbes­sern, entstand ein Schu­lungs­pro­gramm für die Audi AG. Die Studen­ten stehen zudem mit unter­schied­li­chen Unter­neh­men in Kontakt, die an VR-Anwendungen für Sicher­heits­an­wei­sun­gen inter­es­siert sind. „Die Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten sind dabei recht viel­fäl­tig: Von der Feuerlöscher-Benutzung über Werks­füh­run­gen bis hin zum Fahr­zeug­trai­ning und dem Umgang mit Chemi­ka­lien ist alles dabei“, gibt Lögler einen Über­blick über die laufen­den Akti­vi­tä­ten. Für die Studen­ten, die in diesem Jahr fast alle ihr jewei­li­ges Fach­ge­biet mit einem Master abschlie­ßen, dürfen es gerne mehr werden.

Picking Trai­ning bei Audi

Sehr gute Ergeb­nisse erzielte das Team mit einem Programm, das es zusam­men mit Audi zur Schu­lung von Mitar­bei­tern an den Fließ­bän­dern des Auto­her­stel­lers gestal­tet hat. Wenn Vorgänge in der Produk­ti­ons­li­nie einge­übt werden sollen oder sich bestimmte Abläufe ändern, muss­ten zuvor die gesamte Anord­nung ab- und aufge­baut, Schu­lungs­ter­mine verein­bart und schritt­weise Beschäf­tigte dazu einge­la­den werden. „Diesen Prozess konn­ten wir beschleu­ni­gen und opti­mie­ren.“ Statt aufwän­di­ger Aufbau­ten reicht nun eine Virtual-Reality-Brille, um die frag­li­chen Szena­rien zu trai­nie­ren. „Damit können die Beschäf­tig­ten die einzel­nen Arbeits­ab­läufe in einem gesi­cher­ten Umfeld erler­nen.“ Oben­drein werden die Lern­in­halte offen­bar besser ange­nom­men. Bei einer Studie mit drei Test­grup­pen – Mitar­bei­ter ohne Schu­lung, Mitar­bei­ter mit Schu­lung an einer echten Linie und mittels VR geschulte Mitar­bei­ter – schnit­ten letz­tere bei der Anwen­dung des Erlern­ten deut­lich besser ab als die ande­ren. „Wir konn­ten fest­stel­len, dass die Beschäf­tig­ten mit VR-Training eine 50 Prozent gerin­gere Fehler­quote gegen­über Test­per­so­nen ohne Trai­ning aufwie­sen. Bei den Mitar­bei­tern mit realem Trai­ning lag die Diffe­renz gegen­über den Unge­schul­ten hinge­gen nur bei 23 Prozent.“

Spie­le­risch lernen

Lögler hat auch eine Erklä­rung dafür, wie es zu diesen „erstaun­li­chen Ergeb­nis­sen“ kommt: „Wir können mit Hilfe der VR das Trai­ning ein biss­chen zugäng­li­cher machen“, erklärt er. So lassen sich in der virtu­el­len Umge­bung Objekte farb­lich hervor­he­ben. Die Aufmerk­sam­keit kann zudem per Sprach­ein­gabe oder anhand von visu­el­len Hilfs­mit­teln, wie zum Beispiel Pfei­len, gezielt gelenkt werden. Der größte Vorteil aus Löglers Sicht ist jedoch, dass bei rich­ti­gem Verhal­ten Beloh­nun­gen möglich sind: „Wir können kleine Achie­ve­ments einspie­len. Das sind zum Beispiel kurze Erfolgs­töne, die man von Compu­ter­spie­len kennt. Sie werden sehr subtil einge­setzt, erhö­hen aber die kogni­tive Merk­fä­hig­keit.“ Die klei­nen Erfolgs­er­leb­nisse helfen dabei, das Gelernte zu verin­ner­li­chen. „Man nennt das Gami­fi­ca­tion bezie­hungs­weise für diese Anwen­dun­gen hat sich der Begriff Serious Games etabliert – also sozu­sa­gen ernst­hafte Spiele.“

Die Trai­nings zum Einstu­die­ren der rich­ti­gen Hand­griffe dauern jeweils zehn Minu­ten – virtu­ell wie auch in der Produk­tion. Eine unkri­ti­sche Zeit für die VR-Anwendung, denn bei länge­ren Aufent­hal­ten in der simu­lier­ten Welt können sich unter Umstän­den Schwin­del oder leichte Übel­keit einstel­len. „Man nennt das Motion Sick­ness“, bestä­tigt Lögler das Problem. Dieses stelle sich vor allem dann ein, wenn Bewe­gun­gen in der virtu­el­len Welt keine Entspre­chung im Realen fänden. „Ein Beispiel: Ich fahre virtu­ell Auto. Durch die Brille wird dem Auge Bewe­gung sugge­riert, der Körper bleibt davon aber völlig unbe­rührt. Das ist dann eine Über­for­de­rung des Gehirns.“ Dieser Effekt lasse sich aller­dings durch Übung abschwä­chen: „Menschen, die öfter eine VR-Brille tragen, leiden nicht so stark unter Motion Sick­ness wie jemand, der noch keine Erfah­rung damit hat.“

Motion Sick­ness“ verhin­dern

Das Start-up versucht aller­dings, diesem Effekt von vorn­her­ein entge­gen­zu­wir­ken. „Unsere Anwen­dun­gen arbei­ten haupt­säch­lich mit natür­li­chen Bewe­gun­gen.“ Wie stark der unschöne Effekt sein kann, hat das Team bereits am eige­nen Leib erfah­ren. „Wir haben einmal ein Auto­ren­nen simu­liert. Schon nach fünf Minu­ten war allen schlecht“, erzählt er. Inge­nieure von der Hoch­schule boten dafür eine Lösung: Sie entwi­ckel­ten einen moto­ri­sier­ten Sitz, der die Fahr­be­we­gun­gen aus dem Spiel auf den Körper über­trägt. „Von außen sieht das furcht­bar aus, da schep­perts und ruckelts über­all.“ Doch während des Renn­spiels wirke die Bewe­gung recht natür­lich. „Über den Sitz spüre ich, dass ich in einer Rechts­kurve liege oder gerade einen Huckel über­fahre. Auf diese Weise kann man problem­los eine halbe Stunde dran­blei­ben.“

Beim aktu­el­len Tech­nik­stand sei es derzeit jeden­falls noch schwie­rig, Nutzer länger als eine Stunde in der VR zu halten, meint Lögler. Die Trai­nings­an­wen­dun­gen von Varity dauern maxi­mal 30 Minu­ten. Lögler geht aller­dings davon aus, dass sich die körper­li­chen Unver­träg­lich­kei­ten in Zukunft tech­nisch mini­mie­ren lassen – so zum Beispiel bestehende Probleme mit der Auflö­sung: „Vor 30 Jahren war es noch sehr schwie­rig, am Compu­ter zu lesen. Heute sind E‑Reader weit verbrei­tet. So wird es auch in der VR sein.“

Lögler sieht aller­dings andere Gefah­ren bei der Weiter­ent­wick­lung und Verbrei­tung von VR: „In der virtu­el­len Reali­tät kann ich jemand sein, der ich im wahren Leben nicht bin. Zum Beispiel ein Astro­naut auf der ISS – ein groß­ar­ti­ges Gefühl. Diese Loslö­sung vom eige­nen Körper, das soge­nannte Embo­di­ment, könnte für einige Menschen von großer Sogwir­kung sein“, gibt der Master­stu­dent zu beden­ken.

Offen für Diskus­sion

Aus diesem Grund sei es wich­tig, eine Diskus­sion über VR-Anwendungen und ihre Gren­zen zu führen, meint Lögler. Er und seine Mitstrei­ter seien sehr an einem Diskurs inter­es­siert, der durch­aus auch kritisch ausfal­len dürfe. „Wir wollen VR-Anwendungen nicht einfach hoch­ju­beln nach dem Motto: Haupt­sa­che, wir verkau­fen was.“ Derzeit befände man sich in einer Zwick­mühle: Noch sei kaum abseh­bar, was mit den neuen Tech­no­lo­gien alles anzu­fan­gen sei. „Es ist wich­tig, dass man mit Kritik und mit Bedacht an so etwas heran­geht, folgert Lögler und versi­chert: „Wir möch­ten zusam­men mit den Firmen etwas Sinn­vol­les entwi­ckeln, das den Menschen nutzt. Kritik an uns und unse­ren Entwick­lun­gen ist für uns sehr wich­tig – nega­ti­ves Feed­back genauso wie posi­ti­ves.“

Schweiß­si­mu­la­tor kommt gut an

Als wert­voll und konstruk­tiv betrach­ten die Studen­ten auch das Feed­back, das sie zu ihrem Schweiß­si­mu­la­tor sammeln – etwa auf Messen, in Schu­len und bei der Hand­werks­kam­mer: „Wir hatten leichte Beden­ken, das Programm rich­ti­gen Profis zu zeigen“, räumt Lögler ein. Die Reak­tio­nen fielen aber recht viel­ver­spre­chend aus. Leich­tes Verbes­se­rungs­po­ten­zial sehen profes­sio­nelle Schwei­ßer etwa bei der Schweiß­naht, die noch nicht perfekt darge­stellt sei, oder bei den Einstell­mög­lich­kei­ten für den Winkel. „Also tech­ni­sche Sachen, an die wir nicht gedacht haben oder die wir noch nicht umset­zen konn­ten.“ Grund­sätz­lich waren aber selbst die Profis von der Quali­tät des Proto­typs über­rascht und sehen gute Einsatz­mög­lich­kei­ten für den Simu­la­tor – vor allem im Ausbildungs- und Sicher­heits­be­reich.

Beson­ders lohnend könnte der Einsatz des Schweiß­si­mu­la­tors für Berufs­schu­len sein. „Der Ausbil­der an einer Berufs­schule hat uns erklärt, dass täglich etwa 300 Euro an Mate­ri­al­kos­ten für das Schweiß­trai­ning anfal­len, um Anfän­ger an das schwie­rige Hand­werk heran­zu­füh­ren.“ Das Trai­ning sei oben­drein gefähr­lich und könne nur bei Einhal­tung zahl­rei­cher Sicher­heits­vor­keh­run­gen durch­ge­führt werden. Hier sieht Lögler gute Verwen­dung für den Simu­la­tor: „Mit unse­rem Proto­typ können die Schü­ler schon mal die ersten Schritte machen. Die Simu­la­tion ersetzt sicher­lich nicht das tatsäch­li­che Produkt eines Schweiß­bren­ners, aber sie kann doch sehr präzise das Hand­werk simu­lie­ren.“

Auch bei einem Auftritt in der Hand­werks­kam­mer kam der Schweiß­si­mu­la­tor gut an. „Vertre­ter aus unter­schied­li­chen Indus­trie­zwei­gen, die mit Schwei­ßen zu tun haben, kamen auf uns zu und woll­ten wissen, wie es weiter­geht.“ Noch seien die Studen­ten aber selbst Forschende, die nicht genau wüss­ten, wo sie ihr Weg hinführe. Das Inter­esse aus unter­schied­li­chen Indus­trien sei in jedem Fall viel­ver­spre­chend. „Wir versu­chen, unsere Anwen­dun­gen weiter­zu­ent­wi­ckeln und suchen dazu noch Part­ner“, hofft Lögler auf weitere Koope­ra­tio­nen mit Unter­neh­men.


Virtual Reality – Pro und Contra

Aus Sicht des Start-ups spre­chen folgende Punkte für den Einsatz von VR:

  • Nied­rige logis­ti­sche Kosten

Trai­nings können gleich­zei­tig an mehre­ren Stand­or­ten getä­tigt werden.

  • Erwei­ter­bar­keit und Flexi­bi­li­tät

Prozesse können schnell einge­pflegt, geän­dert und erwei­tert werden.

  • Daten­ana­lyse

Bei einer Bild­schirm­über­tra­gung kann genau verfolgt werden, was der Rezi­pi­ent tut, wie er sich bewegt, wie die Aufga­ben durch­ge­führt werden. Diese Daten können ausge­wer­tet werden.

  • Gami­fi­ca­tion und Beloh­nung

Spie­le­ri­sche Elemente, die das User-Engagement erhö­hen.

  • Visio­nä­res Konzept

Die VR ist weder an physi­ka­li­sche Gesetze noch sons­tige Interface-Regeln gebun­den. Die Gren­zen und Möglich­kei­ten sind kaum auszu­ma­chen.

Gegen­ar­gu­mente:

  • Tech­ni­scher Entwick­lungs­stand

Aktu­ell sind die Bril­len für VR noch teuer und nicht hoch­auf­lö­send. Es gibt nur einen Fokus­punkt und das Sicht­feld ist einge­schränkt.

  • Gesund­heit­li­che Aspekte

Motion Sick­ness, Sucht­po­ten­zial; Lang­zeit­stu­dien zu gesund­heit­li­chen Auswir­kun­gen bei länge­rem Gebrauch liegen noch nicht vor.

  • Daten­miss­brauch
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