Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Virtual Reality im Maschinenbau“

Digitale Zwillinge für die Inbetriebnahme, Programmierung und Überwachung von Robotern finden im Maschinenbau immer breitere Anwendung. Bislang werden dafür kaum moderne Visualisierungstechnologien wie Augmented, Mixed oder Virtual Reality Methoden eingesetzt, obwohl damit neue Formen der Interaktion zwischen der Realität und dem Digitalen Zwilling möglich sind. Zurückzuführen ist dies unter anderem auf die plattform- und endgerätespezifische Entwicklung der Anwendungen sowie eine fehlende Vernetzung zwischen modernen Endgeräten, der Steuerungsebene und den Digitalen Zwillingen. Dieser Beitrag adressiert die beschriebenen Hemmnisse und schlägt als Lösung ein Konzept zur Modellierung, Ausführung und Bereitstellung von Digitalen Zwillingen in einer `Digital Twin as a Service´-Plattform vor. Die plattformunabhängige Interaktion zwischen Mensch und Simulationsmodell wird dabei durch eine Abstraktionsschicht sichergestellt. Das Konzept wird am Beispiel eines interaktiven, realdatengetriebenen Digitalen Zwillings eines kollaborativen Zweiarm-Roboters verifiziert.

Zusammenfassung Hintergrund Die digitale Transformation der Medizin verändert den Beruf des Arztes. Augmented und Virtual Reality (AR/VR) und die Robotik erfahren einen zunehmenden Einsatz in unterschiedlichen klinischen Kontexten und bedürfen einer begleitenden Aus- und Weiterbildung, die bereits im Medizinstudium beginnen muss. Hier besteht aktuell eine große Diskrepanz zwischen dem hohen Bedarf und der Anzahl an wissenschaftlich überprüften Konzepten. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Konzeptionierung und strukturierte Evaluation eines neu entwickelten Lern-/Lehrkonzepts zur digitalen Transformation mit Fokus auf die chirurgische Lehre. Methoden 35 Studierende haben in 3 Kursen des Blended-Learning-Curriculums „Medizin im digitalen Zeitalter“ teilgenommen. Das 4. Modul dieses Kurses thematisiert Virtual Reality, Augmented Reality und Robotik in der Chirurgie. Es gliedert sich in die folgenden Kursteile: (1) immersive Simulation einer laparoskopischen Cholezystektomie, (2) leberchirurgische Operationsplanung mittels AR/VR, (3) Basisfertigkeiten am VR-Simulator für robotische Chirurgie, (4) kollaborative OP Planung im virtuellen Raum und (5) Expertengespräch. Nach Abschluss des Gesamtcurriculums erfolgte eine qualitative und quantitative Evaluation des Kurskonzepts mittels semistrukturierter Interviews sowie anhand von standardisierten Prä-post-Evaluationsfragebögen. Ergebnisse Im qualitativen Auswertungsverfahren der Interviews wurden 79 Textaussagen 4 Schwerpunktkategorien zugewiesen. Den größten Anteil (35%) nahmen hierbei Äußerungen zum „Expertengespräch“ ein, das von den Studierenden als elementarer Teil des Kurskonzepts gewertet wurde. Darüber hinaus empfanden die Studierenden den Kurs als horizonterweiterndes „Lernerlebnis“ (29% der Aussagen) mit einem hohen „Praxisbezug“ (27%). Die quantitative Studierendenevaluation zeigt eine positive Entwicklung für die Teilkompetenzen Wissen und Fertigkeiten sowie eine Tendenz zu einer positiven Haltung nach Kursabschluss. Schlussfolgerung Die chirurgische Lehre ist zur Entwicklung digitaler Kompetenzen prädestiniert. Dabei muss die Geschwindigkeit des Veränderungsprozesses der digitalen Transformation im chirurgischen Fachgebiet beachtet und im curricularen Konzept verankert werden.

Das Bauen im Bestand ist immer eine Herausforderung. Neben der Medizintechnik müssen auch sämtliche Arbeitsprozesse optimal an die vorgegebenen Räumlichkeiten angepasst sein. Die Erweiterung des Herzkatheter-Labors am Knappschaftskrankenhaus Dortmund wurde daher mit Hilfe von VR-Brillen virtuell geplant. Ein Beispiel, das Schule machen könnte.

Zusammenfassung Einleitung Virtual Reality (VR) ist die künstlich simulierte Umgebung, mit der eine Interaktion möglich ist. Die Augmented Reality (AR) hingegen überlagert reale und künstliche Informationen. Beide Verfahren sind im Klinikalltag bereits vielerorts integriert und werden zunehmend auch für den chirurgischen Sektor beworben. Welche Möglichkeiten die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten bieten, ist dabei vielen Ärzten unklar. Ziel Erfassung der aktuellen und zukünftigen Verwendung von AR und VR im perioperativen Umfeld sowie die Veranschaulichung der zu erwartenden Verbesserungen und Probleme durch diese neuen Technologien.Methoden: Systematische Literaturrecherche der Medizinbibliothek PubMed mit Inklusion von Reviews, die Bezug nehmen auf das Thema AR und VR mit Fokus auf Artikel, die das perioperative Feld berühren. Schlagwörter waren: Augmented Reality, Virtual Reality, Telementoring, Telechirurgie („Telesurgery“). Zudem Durchführung einer Recherche innerhalb der Grauliteratur zur Analyse der Investitionsbereitschaft im Gesundheitswesen durch private Technologiekonzerne. Resultate Zum Thema „Augmented Reality“ wurden 1222 Artikel bei 119 Reviews und zu „Virtual Reality“ 7766 Artikel bei 878 Reviews angezeigt. Die Anzahl der veröffentlichten Artikel ist dabei über die letzten Jahre hinweg stark zunehmend. 45 Artikel wurden eingeschlossen. Multiple AR- und VR-Geräte sind bereits im operativen Setting etabliert. Die nächsten vielversprechenden Anwendungsbereiche werden hier v. a. die intraoperative Überlagerung von bildgebenden Verfahren über AR-Geräte sowie das Telementoring und die vermehrte Anwendung im Bereich operativer bzw. anatomischer Ausbildung betreffen. Die zu erhoffenden Vorteile wie Senkung der Komplikationsrate, Kosteneinsparungen, flächendeckender Wissenszuwachs und Optimierung des chirurgischen Ergebnisses müssen erst in wissenschaftlichen Studien nachgewiesen werden. Aus der Recherche der Grauliteratur geht ein enormes finanzielles Bestreben der Technologiekonzerne in diesem Sektor hervor. Schlussfolgerung AR und VR werden aufgrund ihres enormen Verbesserungspotenzials zunehmend in den perioperativen Sektor integriert. Dabei ist der Nutzen dieser Technologien für relevante Endpunkte weitestgehend unklar. Diese sollten in gut-designten klinischen Studien rigoros getestet werden. Ärzte sollten diese technische Revolution aktiv mitgestalten, um das enorme Potenzial von AR und VR zum Wohle ihrer Patienten auszuschöpfen.

Mit Virtual Reality (VR) hat eine Technologie Marktreife erlangt, die großes Potential für innovative Medienprodukte und -services bietet. Bereits 2016 verkauften Samsung, Sony, Oculus und HTC weltweit mehrere Millionen Exemplare ihrer Brillen, allein auf der Samsung Gear VR wurden über 10 Millionen Stunden 360°-Videos betrachtet.1 Gleichzeitig werden immer mehr Stimmen laut, die dem aktuellen VR-Hype einen Dämpfer verpassen – zuletzt sogar Facebook-Gründer Mark Zuckerberg, dessen Firma ein Milliarden-Investment in die Technologie tätigte.2 Diese Entwicklungen werfen zahlreiche Fragen auf, die von der Abgrenzung von VR und Augmented Reality (AR) über die generellen Potentiale und Grenzen der Technologie bis hin zu den Herausforderungen bei der Gestaltung von VR-Inhalten reichen. Zudem ist fraglich, wie nachhaltig die aktuellen Marktentwicklungen sind. Im folgenden Beitrag werden diese Fragen adressiert und kritisch diskutiert.

Das Virtual Dimension Center (VDC), Fellbach, hat erneut ein „Whitepaper“ zum Einsatz virtueller Techniken (Virtual Reality, Augmented Reality) erstellt. Es beschäftigt sich mit der Linienplanung, der Produktevaluation, der Arbeitsplatzgestaltung sowie der Prozessevaluation und -unterstützung im Kontext der Montage.

Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2014 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Phy­sical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmetho­dik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technischen Universität Dresden und technischesdesign.org ermög­lichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP), dem Mathematisch-Physikalischen Salon der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden und der Hochschule für Bildende Künste Dresden die fachüber­greifende Diskussion des Schwerpunkt-Themas inmitten der Dresdner Altstadt. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-144950, herausgegeben von Mario Linke et al.) fasst die Bei­träge zum Technischen Design zusammen.:Beschreibungsmethode für die Repräsentation cyber-physischer Produktionssysteme Daniel Strang, Nadia Galaske und Reiner Anderl 13 Industrie 4.0 und der „Faktor“ Mensch: Psychologische Herausforderungen der vierten industriellen Revolution Bettina Schleidt 27 Modell Based Systems Engineering auf einer Plattform für PLM Martin Eigner 39 Enterprise Integration als Herausforderung und Ziel im Produktlebenszyklus Michael Spranger, David Hein und Alexander Hoffmann 57 Innovation Management: Erfolgreiche Innovationen durch Einbindung aller Mitarbeiter Ulf Köster 69 Zukunft der Wertschöpfung aus Sicht des Lebenszyklusmanagement Heinz-Simon Keil 75 bee® – eine Software zur Integration von VR im Planungs- und Montageprozess Oliver Schwarz und Olaf Zupke 93 Produktmodelle als Dreh- und Angelpunkt der Entwicklung von cyberphysischen Systemen Michael Pfenning, Christian Tschirner und Andreas Uhlig 103 Umsetzung einer eigenschaftsbasierten Simulationsplanung in einem PDM-System Johannes Kößler, Jochen Reitmeier und Kristin Paetzold 113 Risikoidentifizierung zur proaktiven Qualitätsabsicherung in der Virtuellen Produktentstehung Rainer Stark, Roland Jochem, Pascal Lünnemann und Johannes Schober 127 Integration von elektrischem Energiebedarf als Planungsgröße in der Produktionsfeinplanung Detlef Gerhard 141 Lebenszyklusorientiertes Konfigurationsmanagement – Neue Anforderungen an PLM Patrick Müller, Roland Drewinski und Helmut Auler 155 Product Lifecycle Management und Dienstleistungen: Methode und Werkzeug zur Unterstützung von Dienstleistungen innerhalb des PLM-Ansatzes Christian Zinke, Lars-Peter Meyer und Frieder Swoboda 167 Wartungsprozesse dynamisch unterstützen – ein Modell für die Zukunft? Thomas Burger 177 Advanced Virtual Reality and Visualization Support for Factory Layout Planning Sebastian Pick, Sascha Gebhardt, Kai Kreisköther, Rudolf Reinhard, Hanno Voet, Christian Büscher and Torsten Kuhlen 187 Durchgängige Lösung zur Unterstützung von Wartungsprozessen durch Augmented Reality mit Smart Devices Michael Abramovici und Matthias Neges 199 Nutzung von Virtual Reality als interaktive Testumgebung in der Produktentwicklung Eckhart Wittstock, Mario Lorenz, Franziska Pürzel und Volker Wittstock 213 Prototypen mit einer Mixed-Reality-Brille erleben – Vom Entwurf zur Simulation und Visualisierung Sebastian Voigt, Martin Großer, Marius Vopel und Günter Kunze 225 Effektive Anwendung optischer 3D-Messsysteme im Produktionsprozess von Gussteilprototypen sowie beim Reverse Engineering Andreas Knoch 239 Entwicklung eines Leitfadens zur methodischen Weiterentwicklung von Bauteilen anhand von Praxisbeispielen Andreas Meyer-Eschenbach und David Rudolz 251 Untersuchung generativ gefertigter medizinischer Prüfkörper durch das Streiflicht-Scanverfahren Fabian Klink und Kevin Kuhlmann 263 Vom Ideal- zum Realmodell: Bauteile mit Fertigungsabweichungen durch automatische FE-Netzadaption simulieren Sebastian Katona, Philipp Kestel, Michael Koch und Sandro Wartzack 275 3D-Digitalisierung und Datenaufbereitung zweier Monumentalplastiken mit unterschiedlichen Verfahren – ein Praxisbericht Christine Schöne 287 Interdisziplinäre Kooperation bei der Erstellung virtueller geschichtswissenschaftlicher 3D-Rekonstruktionen Sander Münster 299 Nutzung digitaler Werkzeuge für die Umsetzung eines künstlerischen Entwurfs Wolfgang Steger, Christine Schöne, Lisa Ewald und Ulrich Eißner 313 3D-Druck von metallischen Mikrobauteilen mittels Mikro Laser Sintern Joachim Göbner und Matthias Winderlich 325 Additive Manufacturing – Integration von Fertigung und Produktentwicklung Alexander Martha, Thivakar Manoharan und Peter Köhler 331 Bionische Radien als User Defined Feature Martin Wiesner und Sándor Vajna 345 Faser-Thermoplast-Verbund: Neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Leichtbauprodukten Maik Gude, Michael Krahl, Christian Garthaus und Michael Stegelmann 357 Grafikorientierte Darstellung verteilter Simulationsergebnisse und Entscheidungsprozesse Hans-Peter Prüfer 369 Integration der GPS in den methodischen Konstruktionsprozess nach VDI 2221 Erhard Leidich, Marko Ebermann und Sophie Gröger 383 Methodische Konstruktion eines Nachlauf Range Extenders zur Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen Carsten Haugwitz, Kevin Kuhlmann, Jonas Crackau und Karl-Heinrich Grote 397 Methode zur kundenorientierten Validierung im Entwicklungsprozess innovativer Fahrzeugsysteme Albert Albers, Jürgen Becker, Matthias Behrendt, Oliver Sander und Fabian Schille 407 Webgestützte Konstruktionsmethodik im Einsatz: Eine erste Evaluation Marc Oellrich und Frank Mantwill 417 Ein Ansatz zur methodischen, CAD integrierten Toleranzsynthese Tim Katzwinkel, Jan Erik Heller und Jörg Feldhusen 433 Einsatz von Ontologien zur Vernetzung von Wissensdomänen in der nachhaltigen Produktentstehung am Beispiel des Sonderforschungsbereiches 1026 Rainer Stark, Wei Min Wang, Anne Pförtner und Haygazun Hayka 451 Untersuchungen von Toleranzketten im parametrischen 3D-CADSystem Stephan Husung, Axel Oberänder, Annika Geis und Christian Weber 465 3D-Aufstellpläne für komplexe Industrieanlagen Robert Bonca 477 Approximation der Wirklichkeit – Hairy root Wachstumssimulation mit 3D-Visualisierung Felix Lenk, Patrick Oberthür und Thomas Bley 485 CAD im Kontext der Industrie 4.0 Thomas Hagenreiner, Peter Köhler und Thivakar Manoharan 497 Computergestützte Wissenserhebung und visuelle Modellierung von Konfigurationsregeln für komplexe Produkte Marius Brade, Robert Bonca und Rainer Groh 509 Gestaltung und Konstruktion historischer Leuchten Peter Schulze, Hartmut Stabler, Annette Jacob und Thomas Hinz 517 Innovative Applikationen für zellulare metallische Werkstoffe für Biosensorik und Biokatalyse Anett Werner, Ralf Hauser und Thomas Bley 527 Klassifikation und Handhabung von Unsicherheiten zur entwicklungsbegleitenden Erfassung des Produktreifegrades Thomas Luft und Sandro Wartzack 535 Produkt- und Prozessdatenmodellierung im Kontext der Blechmassivumformung Thilo Breitsprecher, Andreas Meinel, Martin Thummet und Sandro Wartzack 551 Leichtbaugussteile mittels Niederdruck-Vollformgießverfahren Malchasi Aitsuradze, Jürgen Bast und Bertram Hentschel 565 Blechdickenreduktion an einem PKW-Mittelschalldämpfer mit Hilfe innovativer Optimierungsmethoden Alexander Krauß, Christoph Schleicher und Uwe Fischer 577 Mit innovativer Technologie und optimaler Auslegung zum effizienten Gesamtprozess – Integrative Produkt- und Prozessoptimierung beim Thermoformen Marcus Stein, Sascha Bach, Ronald Claus und Jens-Peter Majschak 589 Überlegungen zur digitalen Verknüpfung von Normen und standardisierten Algorithmen zu Berechnungsbaugruppen Denis Polyakov und Willi Gründer 605 Auswahl anwendungsoptimaler Antriebssysteme als Basis für die Komposition von Antriebsbaukästen Alexander Klause und Detmar Zimmer 619 Neue Konzepte zur Erstellung komplexer Konfigurationen Michael Wegner, Georg Freitag und Markus Wacker 637 Parametrische und interkonnektive Synthesemethoden zur effizienten Entwicklung neuer Mechanismen Maik Berger, Stefan Heinrich und Andreas Heine 649 Generative Fertigung – Handlungsbedarfe und entscheidungsgestützte Prüfung auf RPT-gerechte Konstruktion Alexander Arndt und Reiner Anderl 667 Sah!-Methode zur Verbesserung der Zusammenarbeit mittels der Identifikation interdisziplinärer Netzwerke Mathias Tralau, Fernando Kabisch und Frank Mantwill 681 Speed Design – Konstruieren mit Köpfchen Frank Mantwill 697 Systematische Entwicklung von Lösungskonzepten für spezifische Problemstellungen im Montageanlagenbau Dieter Fischer, Andreas Schulz, Andreas Richter und Carsten Keller 703 Über die gestalterische Phase des Konstruktionsprozesses unter dem Gesichtspunkt der objektorientierten Informatik Peter Sigalov 715 Untersuchungen der Form- und Maßabweichungen von generativ gefertigten dünnwandigen Hohlzylindern Kevin Kuhlmann, Fabian Klink, Tobias Stefaniak, Patrick Hebner und Karl-H. Grote 725 Validierung kundenorientierter funktionaler Anforderungen unter Berücksichtigung abweichungsbehafteter Geometrien und systembedingter Variationen Matthias Ehlert, Andreas Stockinger und Sandro Wartzack 743 Die Bedeutung von Prototypen für den Lernerfolg von interdisziplinären studentischen Produktentwicklungsprojekten Katharina Albrecht, Paul Gerber, Ingmar Langer, Julian Sarnes, Susanne Sprenger und André Stocker 756

Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2016 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmethodik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technische Universität Dresden und technischesdesign.org ermöglichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP) und dem Rat für Formgebung die fachübergreifende Diskussion des Schwerpunkt- Themas inmitten der interdisziplinären Dresdner Wissenschaftslandschaft. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (ISBN 978-3-95908-061-3, herausgegeben von Jens Krzywinski et al.) fasst die Beiträge zum Industrial Design zusammen.:Big Data Analytics für die Produktentwicklung Alfred Katzenbach · Holger Frielingsdorf 15 Das Industrial Internet – Engineering Prozesse und IT-Lösungen Martin Eigner 25 Nutzbarmachung des Potentials naturfaserbasierter Werkstoffe als Leichtbau- bzw. Konstruktionsmaterial Timo Kuntzsch · Frank Miletzky 39 Erarbeitung eines Beziehungssystems zur Entwicklung eigenschaftsoptimierter Karosseriekonzepte in Mischbauweise Jan Hasenpusch · Andreas Hillebrand · Thomas Vietor 51 Faserverbundleichtbau in der Großserie: Chancen und Herausforderungen für den Produktentwickler Olaf Helms 63 Gestaltung eines alltagstauglichen Hocheffizienz-Konzeptfahrzeugs Richard Eiletz · Enno Block · Christoph Warkotsch · Klaus Post 73 Entwicklung kompakter, gepulster Elektro-Dipolmagnete für die laserbasierte Protonentherapie Michael Schürer · Thomas Herrmannsdörfer · Leonhard Karsch · Florian Kroll · Umar Masood · Jörg Pawelke 91 Der Panzer des Helmwasserflohs: Erfolgreiches adaptives Design in der Natur Hans-Peter Prüfer 97 Anforderungen des Nicht-Elektrischen Explosionsschutzes im Produktentwicklungsprozess Sabrina Herbst · Frank Engelmann · Karl-Heinrich Grote 113 Begleitung des Entwicklungsprozesses durch einen Generalisten und der „Faktor Mensch“ als Erfolgspotential Michael Bader · Harald Lang 127 Agile PLM Strategy Development – Methods and Success Factors Dietmar Trippner · Karsten Theis 143 Quo vadis „Additive Manufacturing“ Heinz Simon Keil 161 ProVIL – Produktentwicklung im virtuellen Ideenlabor Albert Albers · Nikola Bursac · Benjamin Walter · Carsten Hahn · Jan Schröder 185 Organisatorische Unterstützung der Produktentwicklung mit SysMLModellen Johannes Kößler · Kristin Paetzold 199 Personal Resource Management (PRM) in der modernen Produktentwicklung Bettina Schleidt 213 SkiPo – Ein skizzen- und portbasiertes Modell für die Entwicklung von mechanischen Systemen Martin Grundel · Jutta Abulawi 223 Benutzer- und aufgabenorientiertes virtuelles Modell für die Produktentwicklung Christian Weber · Heidi Krömker · Stephan Husung · Stephan Hörold · Atif Mahboob · Andreas Liebal 239 Konzept zur internationalen Einführung vernetzter Virtual Obeya-Räume zur standortverteilten Produktentwicklung Michael Abramovici · Stefan Adwernat · Matthias Neges 253 Innovation in der Orthopädie- und Rehatechnik, 3D-Digitalisierung und CAD/CAM-Nutzung Thomas Mitzenheim · Christoph Knoch-Weber 265 Nutzerintegration bei der Produktentwicklung am Beispiel der Medizintechnik Axel Boese · Michael Friebe · Christoph Arens · Fabian Klink · Karl-H. Grote 283 NC-gestützte Fertigung von Bohrschablonen für die dentale Implantation Daniel Ellmann · Andreas Klar · Philipp Sembdner · Stefan Holtzhausen · Christine Schöne · Ralph Stelzer 293 Optimierung der Schaftkomponente von Kurzschaftendoprothesen mittels Finite-Elemente-Analyse Claudia Kleinschrodt · Hans-Georg Simank · Bettina Alber-Laukant · Frank Rieg 303 Wissensbasierter Aufbau konstruktions-begleitender Finite-Elemente-Analysen durch ein FEA-Assistenzsystem Philipp Kestel · Sandro Wartzack 315 Fertigungsrestriktionsmodell zur Unterstützung des algorithmisierten PEP fertigungsgerechter Blechprodukte Katharina Albrecht · Thiago Weber Martins · Reiner Anderl 331 Prozessgebundene Berechnungs-Baugruppen: Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe Denis Polyakov · Willi Gründer 345 Elektronenstrahlschmelzen – ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren Burghardt Klöden · Alexander Kirchner · Thomas Weißgärber · Bernd Kieback · Michael Süß · Christine Schöne · Ralph Stelzer 359 Produktarchitekturgestaltung unter Berücksichtigung additiver Fertigungsverfahren Timo Richter · Hagen Watschke · David Inkermann · Thomas Vietor 375 Additive Fertigung von Metallen – Einsatz des LaserCUSING®s im Bereich Automotive Lisa Pastuschka · Peter Appel 393 Methoden zur Absicherung simulationsgerechter Produktmodelle René Andrae · Peter Köhler 403 Ein Doppelschneckenextruder zur Materialdosierung in einem Rapid Prototyping-Prozess Tobias Flath · Jörg Neunzehn · Michael C. Hacker · Hans-Peter Wiesmann · Michaela Schulz-Siegmund · Fritz Peter Schulze 419 Kosteneffiziente Technologien zur geometrischen Datenaufnahme im digitalen Reverse Engineering Tim Katzwinkel · Bhavinbhai Patel · Alexander Schmid · Walter Schmidt · Justus Siebrecht · Manuel Löwer · Jörg Feldhusen 429 3-D-Oberflächenerfassung- und 3-D-Druck-Potentiale für gerichtsverwertbare kriminaltechnische Untersuchungen Rainer Schubert · Marcus Mittasch 451 Das FEA-Assistenzsystem – Analyseteil FEdelM Tobias C. Spruegel · Sandro Wartzack 463 Entwicklung eines Doppelkolbenmotors – Konzept, Simulation und Prüfstandversuche Pascal Diwisch · Daniel Billenstein · Frank Rieg · Bettina Alber-Laukant 475 Interaktive Initialisierung eines Echtzeit 3D-Trackings für Augmented Reality auf Smart Devices mit Tiefensensoren Matthias Neges · Jan Luca Siewert 487 Virtuelle und experimentelle Methoden bei der Produktentwicklung einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien Marvin Richrath · Jan Franke · Jan-Hendrik Ohlendorf · Klaus-Dieter Thoben 503 Optimierung von Druckbehältern unterschiedlicher Geometrien und Werkstoffe Thomas Guthmann · Frank Engelmann 515 Customized Fabrication – Mass Customizing mit 3D-Druck Frank Lamack 527 Virtual Reality und Augmented Reality als Werkzeug in der Aufstellplanung Jens Mögel 537 XENOKAT – Biofilter für Xenobiotika in der Ressource Wasser Anett Werner · Ralf Hauser · Thomas Bley 549 Konzept für ein VR-System zur intuitiven Modellierung durch natürliche Interaktion Marius Fechter · Sandro Wartzack 561 Ansätze zur Betriebsdauerverlängerung von Suzlon Windkraftanlagen Jan Brökel 571 Augmented Reality Assistenzsystem mit graphenbasierter Zustandsanalyse für Produkte im Internet der Dinge Matthias Neges · Mario Wolf · Michael Abramovici 581 Datenqualität in Rapid Prototyping Prozessen Carsten Haugwitz 597 Erlebbarkeit von Anlagenkomponenten im Kontext Virtuelle Inbetriebnahme in virtuellen Umgebungen Andreas Geiger · Ingolf Rehfeld · Uwe Rothenburg · Rainer Stark 609 Management von Produktinformationen aus Entwicklungs- und Betriebsphase Stephan Günter Arndt · Bernhard Saske · Ralph Stelzer 623

Die Konferenz »Entwerfen – Entwickeln – Erleben« führte am 14. und 15. Juni 2012 das 10. Gemeinsame Kolloquium Konstruktionstechnik und das 5. Symposium Technisches Design zusammen. In Kooperation mit dem Kunstgewerbemuseum der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden war es möglich, die fachübergreifende Diskussion industrieller Herausforderungen sowie aktueller Trends und Innovationen der Forschung in einem einzigartigen kulturellem Umfeld – dem Dresdner Residenzschloss – zu führen. Im Mittelpunkt der zweitägigen Konferenz stand der Erfahrungsaustausch zwischen Experten aus Industrie und Wissenschaft über neue Werkzeuge und Methoden, mit denen den aktuellen Herausforderungen von Globalisierung, Nachhaltigkeit und ökonomischen Rahmenbedingungen bei der Entwicklung immer komplexerer Produkte entsprochen werden kann. In diesem Band sind die Textfassungen der Fachvorträge zu den thematischen Schwerpunkten Virtuelle Produktentwicklung (CAD-Einsatzszenarien, Virtual Reality und Product Lifecycle Management), Konstruktion (Konstruktionstechnik und -methodik, Reverse Engineering und Maschinenelemente) enthalten. Ein separater Band, herausgegeben von Linke et al. (ISBN 978-3-942710-75-6) enthält die Beiträge zum Technischen Design (Industriedesign, Transportation Design und Produkterleben).:Inhalt Vorwort 15 Heinz-Simon Keil Ganzheitlicher »Produkt-Entwicklungs-Prozess« beeinflusst nachhaltig das schlanke »Life-Cycle-Management« – From Lean to Digital Approach 29 Alfred Katzenbach & Peyman Merat Methodik zum Austausch eines CAD Systems in einem Großunternehmen 37 Martin Eigner, Torsten Gilz & Radoslav Zafirov Interdisziplinäre Produktentwicklung 55 Bodo Machner Neue Produkte, neue Märkte, effizientere Prozesse – Herausforderungen an das Produktdatenmanagement 71 Ernst-Eckart Schulze, Lars Wolter, Haygazun Hayka & Martin Röhlig Intuitive Interaktion mit Strukturdaten aus einem PLM-System 89 Michael Wegner, Georg Freitag & Markus Wacker GENIAC – Konfigurieren komplexer Produktsimulationen mit Hilfe von natürlichen Benutzeroberflächen 103 Michael Abramovici & Jens Christian Göbel Systematisierung und Evaluation von Gestaltungsalternativen für die Harmonisierung firmenspezifischer PLM-Umgebungen 123 Christiane Kamusella Digitale Ergonomie-Tools zur Berücksichtigung ergonomischer Aspekte imProduktentstehungsprozess 145 Ingolf Rehfeld & Jan Wunderlich Virtual Reality und Product Lifecycle Management – Entwicklung eines durchgängigen Prozesses für die BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH 153 Ralph Stelzer, Wolfgang Steger & Dirk Petermann Virtual Reality als zentrale Komponente einer PLM-Strategie – Herausforderungen und Umsetzungskonzepte 177 Michael Muschiol & Stefan Schulte Globale Collaboration im Kontext mit PLM 195 Andreas Seibold, Ralph Stelzer & Bernhard Saske Virtual Reality bei Kärcher 207 Uwe Freiherr von Lukas Visual Computing als Basis für Prozessinnovation im Produktlebenszyklus 225 Detlef Gerhard & Touba Rahmani PDM based Lifecycle Analysis – A Case Study 237 Wolfgang Holle, Stephan Husung & Christian Weber CAD-Produktmodell – Quelle der Produktbewertung nach Zeit und Kosten 251 Markus Färber, Johannes Ghiletiuc, Peter Schwarz & Beat Brüderlin Echtzeit-Visualisierung von sehr großen Virtual- und Augmented-Reality-Szenen auf Smartphones und mobilen Tablet-Computern 267 Hans-Peter Prüfer Quo vadis, FEM? 281 Petra Hoske, Günter Kunze, Kai Bürkle, Martin Schmauder, Mark Brütting & Christian Böser Interaktiver Simulator für mobile Arbeitsmaschinen – Virtuelle Prototypen im Einsatzkontext erleben 303 Ingo Jonuschies & Klaus Brökel Ansatz für die Modellierung und Simulation von Hybridgleitlagern für Wellen mit großen Durchmessern und geringen Drehzahlen am Beispiel einerWindkraftanlage 315 Christoph Wehmann, Florian Nützel & Frank Rieg Auslegung von Dehnschrauben bei plastischem Materialverhalten unter Einsatz der Finite-Elemente-Analyse 333 Denis Polyakov & Willi Gründer Design Process Management 351 Christine Schöne & Ralph Stelzer Reverse Engineering in der Produktentwicklung – Aktuelle Herausforderungen 365 Jörg Szyszka, Dietmar Süße & Christine Schöne CAE Methoden in der Einarbeitungsphase der Blechumformung 377 Petra Aswendt Mikrospiegel basierte 3D Scannersysteme für Reverse Engineering Lösungen in einem weiten Skalenbereich 385 Gunter Sanow, Oliver Erne & Hagen Berger Optische 3D-Messtechnik zur Schwingungsanalyse an Windkraftanlagen 395 Jürgen Gausemeier, Christian Tschirner, Roman Dumitrescu & Tobias Gaukstern Integrative Konzipierung von Produkt und Produktionssystem als Basis für eine erfolgreiche Produktentstehung 413 Bernd Neutschel, Matthias G. Raith & Sándor Vajna Moderne Produktentwicklungsprozesse als Grundlage für universitäre Gründerförderung 425 Sebastian Schubert, Jan Erik Heller & Jörg Feldhusen Produktmerkmale in der Entwicklung von kundenindividuellen Produkten 441 Rolf Klamann Mobility 2.0 — Driving assistance simulation for Zero accidents and Electromobility 447 Janna Hahn, Michael Hazelaar & Karl-Heinrich Grote Unterstützung der eigenschaftsbasierten Fahrzeugkonzeption in der frühen Konzeptphase 459 Sven Kleiner & Christoph Kramer Entwerfen und Entwickeln mit Systems Engineering auf Basis des RFLP-Ansatzes in V6 475 Fabian Klink, Rocco Gasteiger, Harald Paukisch & Ulrich Vorwerk Workflow zur generativen Herstellung von Felsenbeinfaksimilemodellen für die Optimierung von Cochlea-Implantat Operationen 483 Daniel Krüger & Sandro Wartzack Ein Werkzeug zur schnellen Konfiguration biomechanischer Simulationen in der Produktentwicklung 501 Ines Barz & Frank Engelmann Cutane Mikrogewebspartikel – Lösungsansätze für eine neue Technologie zur Behandlung Schwerbrandverletzter 513 Tibor Bercsey & György Gyurecz Surface Shape Correction by Highlight Lines 527 Jana Hadler & Klaus Brökel Analyse des monetären und qualitativen Nutzens schwimmender Energiekonverter 537 Benedikt Posner, Alexander Keller, Hansgeorg Binz & Daniel Roth Anforderungen an eine Methode zum leichtbaugerechten Konstruieren 549 Bettina Alber-Laukant, Markus Zimmermann, Florian Nützel, Michael Frisch & Frank Rieg Anforderungen an die grafische Oberfläche eines FE-Systems aus Sicht des Ingenieurs 565 Jan Erik Heller, Judith Pollmanns & Jörg Feldhusen Bestimmung des Produktentwicklungsaufwands basierend auf Kennzahlen am Beispiel der Luftfahrzeugentwicklung 581 Emanuel Richter, Axel Spickenheuer & Gert Heinrich Entwicklungs- und Designmethoden für hochintegrale Leichtbauteile aus Faser-Kunststoff-Verbundmaterial 591 Alexander Martha, Uwe Klemme & Peter Köhler Interdisziplinäre Prototypenentwicklung am Beispiel eines Seilroboters 609 Vilhelm Hadzhiyski & Zviatko Atanasov Investigation of stressed state of elastic element of elastic clutch from three ply reinforced polymer material 619 Ralph Stelzer, Erik Steindecker & Bernhard Saske Kombinierter Einsatz von Augmented Reality in virtuellen Umgebungen 643 Alexander Krauß & Uwe Fischer Konstruktionsintegrierte Optimierung mit intelligenten Bauteilfeatures im Dünnblechbereich 655 Carsten Böhme, Clemens Lieberwirth & Klaus Brökel Konzept zum Parameteraustausch zwischen unterschiedlichen CAD/CAE-Plattformen 665 Victor Gomes, Durval J. De Barba Jr., Jefferson de Oliveira Gomes, & Karl-Heinrich Grote LCA to support decision-making in layout designs 677 Thomas Hohnen, Ino Schliefer, Claudia Gneist & Jörg Feldhusen Methode zur kennwertgestützten Modularisierung – Retrospektive Untersuchung der Produktmodularität 691 Nikoletta Szélig, Sándor Vajna & Michael Schabacker Modellierungsmethoden für die Prozessplanung 709 Marcel Böttrich, Matthias Sieber & Ralph Stelzer Numerische Methode zur Bestimmung der Fahrwerkskonfiguration aus Baukastenkomponenten 725 Kevin Kuhlmann, Fabian Klink & Carsten Haugwitz Optische Vermessung mit Streifenlichtscannern – aus Industrie und Forschung nicht mehr wegzudenken 739 Ute Dietrich, Marc Glauche & Jörg P. Müller Produktstrukturbeeinflussende Gestaltungskriterien am Beispiel von Offshore-Windkraftanlagen 755 Peter Köhler & Marcin Humpa Geometrische Umsetzung von Designabsichten bei der Produktmodellierung 771 Jan Brökel Risikoabwägung im Rahmen einer Windkraftanlagenentwicklung 781 Reimund Neugebauer, Volker Wittstock, René Heinig, Tino Riedel & Eckhart Wittstock VR-basierte Serviceanwendungen als Produkt im Werkzeugmaschinenbau 791 Christoph Kneschke & Martin Schmauder Grundlagen zur methodischen Beurteilung der montagegerechten Produktgestaltung anhand virtueller Werkzeuge

Der Einsatz von immersiven Systemen, also Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) Systemen in der Lehre ist naheliegend. Eigene interaktive Erfahrung einer Tätigkeit ist immer einer reinen rezeptiven Beobachtung bzw. verbalen Erläuterung vorzuziehen. Trotzdem ist heutige Lehre selbst in Praktika und Übungen zum sehr großen Teil passiv, die selbständige Umsetzung, etwa das Bedienen einer Anlage oder die eigenständige Synthese einer Chemikalie, können aus Gründen der Zeit, Verfügbarkeit, Sicherheitsbedenken und Kostengründen oft nur selten eingesetzt werden. Dem Einsatz o.g. neuer immersiven Technologien stand bisher nicht nur der erhebliche Aufwand zur Erstellung entsprechender Simulationen gegenüber. Vor allem aber auch der Hardwareaufwand bei gleichzeitigem nicht optimalem Grad an Immersivität ließ kaum Möglichkeiten offen. Jeden Studenten einzeln ausreichend Zeit in einer teuren und großen Cave-Umgebung zu ermöglichen, damit dieser virtuell technische Anlagen bedient, ist für größere Studentenzahlen untauglich. [... aus der Einleitung]

Der Einsatz von immersiven Systemen, also Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) Systemen in der Lehre ist naheliegend. Eigene interaktive Erfahrung einer Tätigkeit ist immer einer reinen rezeptiven Beobachtung bzw. verbalen Erläuterung vorzuziehen. Trotzdem ist heutige Lehre selbst in Praktika und Übungen zum sehr großen Teil passiv, die selbständige Umsetzung, etwa das Bedienen einer Anlage oder die eigenständige Synthese einer Chemikalie, können aus Gründen der Zeit, Verfügbarkeit, Sicherheitsbedenken und Kostengründen oft nur selten eingesetzt werden. Dem Einsatz o.g. neuer immersiven Technologien stand bisher nicht nur der erhebliche Aufwand zur Erstellung entsprechender Simulationen gegenüber. Vor allem aber auch der Hardwareaufwand bei gleichzeitigem nicht optimalem Grad an Immersivität ließ kaum Möglichkeiten offen. Jeden Studenten einzeln ausreichend Zeit in einer teuren und großen Cave-Umgebung zu ermöglichen, damit dieser virtuell technische Anlagen bedient, ist für größere Studentenzahlen untauglich. [... aus der Einleitung]

Das Verbundforschungsprojekt iWindow: Intelligentes Maschinenfenster beschäftigte sich mit der visuellen Unterstützung von Maschinenbedienern an Werkzeugmaschinen. Diese konnten bisher nur auf wenige bis keine Systeme, die sie bei ihren täglichen Aufgaben direkt an der Werkzeugmaschine unterstützen, zurückgreifen. Das Forschungsprojekt verbindet reale und virtuelle Welt in der Werkzeugmaschine durch Technologien wie Virtual und Augmented Reality, digitaler Zwilling, Simulation und Mehrwertdienste. Durch Nutzung jeweils für die aktuelle Arbeitssituation passender Dienste, werden Mitarbeiter befähigt, sich an die steigende Individualisierung der Produkte und die flexiblere Produktion anzupassen. Kunden und Geschäftspartner werden durch die Möglichkeit eigene mehrwertgenerierende Dienste zu entwickeln und anderen Anwendern zur Verfügung zu stellen in den Wertschöpfungsprozess eingebunden. Diese Publikation beleuchtet die im Rahmen des Forschungsprojekts erarbeiteten. Inhaltsver...

Die Entwicklung komplexer Systeme mit hohem Innovationspotenzial unter Einhaltung von Kosten- und Risikozielen kann nur durch die systematische Nutzung vorhandener unternehmensinterner und -externer Referenzen gelingen. Für Produktentwickelnde als Entscheidungsträger ist es jedoch schwierig einzuschätzen, welche Auswirkungen die gewählten Referenzen und Variationen auf Entwicklungszielgrößen wie Kosten, Risiko und Innovationspotenzial haben. Das Modell der PGE-Produktgenerationsentwicklung bietet hier das Potenzial, schon früh im Entwicklungsprozess mit Wissen über die Auswirkungen von Referenzen und Variationsarten auf Entwicklungszielgrößen die Entscheidungsgrundlage zu verbessern. Um das Wissen über diese Zusammenhänge dem Entwickelnden zur Verfügung zu stellen, werden in diesem Beitrag zwei Visualisierungsansätze entwickelt. Für einen Konzeptworkshop mit berufserfahrenen Studierenden wird ein diagrammbasierter Ansatz entwickelt, angewandt und evaluiert. Basierend auf den Ergebnissen des Workshops wird eine Virtual-Reality (VR) Visualisierungsumgebung entwickelt und initial in einem Forschungsgespräch validiert. Die VR-Umgebung veranschaulicht dem Nutzer intuitiv und systemspezifisch die Zusammenhänge zwischen dem Referenzsystem und der aktuellen Produktgeneration und deren Auswirkungen auf Entwicklungszielgrößen.

Technologien der erweiterten Realität (extended reality, XR) finden im gesamten Produktentwicklungsprozess Anwendung. Insbesondere Systeme zur aktiven Erzeugung und Veränderung digitaler Produktdaten bieten noch viel Potential. Die Erforschung und Entwicklung dieser immersiven Interfaces beruht maßgeblich auf der Evaluation durch Nutzerstudien, denn nur so kann die Einsatztauglichkeit der Mensch-Maschine-Schnittstellen seriös beurteilt und verglichen werden. Bei der Konzeptionierung und Durchführung dieser Nutzerstudien gibt es viel zu beachten. In dieser Arbeit wird ein Leitfaden für das Design von Evaluationen von XR Interfaces für die Produktentwicklung präsentiert. Zu Beginn müssen die Fragestellungen festgelegt werden, welche die Studie beantworten soll. Ausgehend von diesen müssen die zu testenden Versuchsbedingungen, die gestellten Aufgaben, die aufgenommen Metriken, die gewählten Probanden und der geplante Ablauf festgelegt werden. Zusätzlich zu der allgemeinen Darlegung wird das Vorgehen anhand eines Fallbeispiels angewandt. Die Gestaltung einer Nutzerstudie zur Evaluation der Usability und Eignung eines neuartigen Virtual Reality Interfaces zur natürlichen Gestaltung von Vorentwürfen wird vorgestellt.