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In den vergangenen Jahren hat sich eine Vielzahl von Anwendungen Virtueller Techniken im Nutzfahrzeugsektor herausgebildet und weiterentwickelt. Der Nutzfahrzeugsektor bringt aufgrund seiner Eigenheiten viele Randbedingungen und Aufgabenstellungen mit, die den Einsatz eines digitalen Prototyps, des Virtuellen Nutzfahrzeugs, nahe legen. Dieses Whitepaper gibt eine Übersicht über Einsatzmöglichktieten von Virtual Reality und Augmented Reality für die Entwicklung, Produktion und den Betrieb von Nutzfahrzeugen.
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© Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
1
Whitepaper Virtuelles Nutzfahrzeug Anwendungen, Herausforderungen, Ergebnisse
von:
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Training Teleoperations Übersicht
VDC-Whitepaper
Virtuelles Nutzfahrzeug
Virtuelle Entwicklung Virtuelle Fertigung Marketing & Vertrieb Unterhaltung Zusammenfassung
2
Umfeld des Virtuellen Nutzfahrzeugs
variierende Gesetze, Regeln,
Umweltauflagen
lange Planungsfristen, wechselnde
Anforderungen und Wünsche
Bedienung Weltmärkte,
Sprach- und Kulturbarrieren
sehr hohe Komplexität:
Entwicklung, Produktion
Bedienung, Service
z. T. enorme Baugrößen
kleinere Stückzahlen (als etwa PKW)
schwankende Stückzahlen
sehr viele Varianten
stark wechselnde Varianten
und Produkttypen
variierende Montageumfänge
und -vorgänge
Grundlagen
Bild: LumoGraphics
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Virtuelles Nutzfahrzeug
Virtuelle Entwicklung Virtuelle Fertigung Marketing & Vertrieb Unterhaltung Zusammenfassung
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Anwendungsgebiete
Virtuelle Entwicklung
- Styling, Design, Interieur
- Berechnungsvisualisierung
- Ergonomie
- Erprobung Assistenzsysteme und
Mensch-Maschine-Schnittstelle
- DMU und Servicablility
Virtuelle Fertigung
- Fabrikplanung
- Montageplanung
- Fertigungsprozesse
Grundlagen
Training
- Fahren und Bedienung
- Service
Marketing & Vertrieb
- Variantenmanagement
- Vertriebskonfiguratoren
Tele-Anwendungen
Unterhaltung
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Virtuelles Nutzfahrzeug
Virtuelle Entwicklung Virtuelle Fertigung Marketing & Vertrieb Unterhaltung Zusammenfassung
4
Styling, Design, Interieur: Design Reviews
fotorealistische Abbildungen
Entwicklung alternativer
Produktkonzepte
Betonung früher Entwicklungsphasen
frühes Ergebnisfeedback
schnelle Entwicklungszyklen
als aktives Prozesselement
Spezifikation des Produkts entscheiden
realistische 1:1-Präsentation:
echte Abmessungen
Vergleichsmöglichkeit
Realfahrzeug – virtueller Prototyp
Bild: LumoGraphics
Bild: Volvo
Bild: Volvo
realistische
Designvisualisierung
große Powerwall zur
1:1-Visualisierung
Halle mit Möglichkeit zum
Einfahren von NKW
Virtuelle Entwicklung
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Virtuelles Nutzfahrzeug
Virtuelle Entwicklung Virtuelle Fertigung Marketing & Vertrieb Unterhaltung Zusammenfassung
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Design Reviews
Bild: Hochschule Mannheim
Designreview Landmaschine
John Deere in einer 4-Seiten-CAVE
Virtuelle Entwicklung
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Berechnungsvisualisierung
Darstellung und interaktive Analyse
der Ergebnisse der Simulation von CFD
(Computational Fluid Dynamics)- und von
FEM (Finite Elemente Methode)-Daten
über VR verbesserte räumliche
Darstellungs- und Interaktionsmöglichkeit
Diskussionsplattform für
interdisziplinäre Zusammenarbeit
direkte Anzeige der Daten auf physischen
Prototypen/Produkten: Erweiterte Realität
(Augmented Reality – AR)
Bild: Lauer & Weiss
Bild: HLRS
Bild: HLRS
Belastungsrechnung
Verschraubung Getriebe
LKW mit AR-Marker
LKW mit übergeblendeter
Strömungsvisualisierung
Virtuelle Entwicklung
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Virtuelles Nutzfahrzeug
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Ergonomie
Frühe Überprüfung der Erreich- und
Sichtbarkeit von Bedienelementen
Absicherung Sichtbarkeit
sicherheitsrelevanter Bedien- und Display-
Elemente.
Virtuelle Prüfung des Komforts
Betrachtung der ergonomischen Aspekte
für Altersklassen, Perzentile, Somatotypen
(Absicherung Produktfunktionalität für
großen Bevölkerungsteil)
Betrachtung des Menschen als physische
Einflussgröße
Bild: HS Mannheim
Bild: ESI – IC.IDO
Bild: Fraunhofer IAO
Untersuchung mit
digitalem Menschmodell
plus Motion Capturing
Prüfung Sicht- und
Erreichbarkeit mit
„Sitzkiste“
vor der Powerwall
Überprüfung
Bewegungsfreiheit
rechter Arm am Modell
Virtuelle Entwicklung
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Virtuelles Nutzfahrzeug
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Erprobung Assistenzsysteme und Mensch-Maschine-Schnittstelle
gefahrloses Ausprobieren und
Optimieren von Assistenzsystemen
(etwa Bremsassistent)
Test neuartiger
Mensch-Maschine-Schnittstellen
Bedienerschnittstelle: Fahrerverhalten,
Fahrverhalten, Maschinensimulation,
Umweltsimulation
Design Informationsschnittstelle
Bild: ESI – IC.IDO
Bild: TU Dresden
Bild: TU Dresden
Sicht im
Fahrsimulator
Bedienung
Betonspritzmaschine
Informationsschnittstelle
im Schaufelradbagger
Virtuelle Entwicklung
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Digital Mock-Up (DMU) und Servicability
Konstruktionsvisualisierung
geometrisches Gesamtmodell
inklusive aller Teilgewerke
(etwa Elektrik, Hydraulik..)
Prüfung auf Servicebarkeit und
Vermeidung von
Spezialwerkzeugen
Bauraumoptimierung und
gleichzeitiger Prüfung der Montier-
und Servicebarkeit
Flexible Bauteile (Schläuche, Kabel,
etc.) berücksichtigbar
Bild: Lauer & Weiss
Bild: Jaguar-Landrover
Bild: ESI – IC.IDO
Review E-Maschine,
Getriebe, Getriebehalter
DMU-Review
in CAVE
Prüfung Schlauch-
Verhalten bei
Demontage Tank
Virtuelle Entwicklung
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Digital Mock-Up (DMU) und Servicability
Service Engineering: Überprüfung
Zugänglichkeit visuell und manuell
Überprüfung Zugänglichkeit
Baugruppen, Verbindungselemente,
Schmiernippel, etc.
- visuell,
- mit Händen und
- Werkzeug
alle Varianten untersuchbar
alle Perspektiven und Positionen
berücksichtigbar
Bild: HS Mannheim
Bild: HS Mannheim
Virtual Service Review
am Daimler-VRSC, Brühl
Virtual Walkthrough
Landmaschine
Check Servicability
vor Powerwall
Virtuelle Entwicklung
Bild: ESI – IC.IDO
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Digital Mock-Up (DMU) und Servicability
Bild: ESI – IC.IDO
DMU-Review an Powerwall,
Untersuchung Ein-/Ausbau Batterie
Virtuelle Entwicklung
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Montageplanung
Überprüfung De-/Montierbarkeit
Test und Evaluation von Montagehilfen
(Führungslinien, abgekantete Ecken,
etc.) für manuelle Montage
Festlegung Montagereihenfolgen
Kollisionsanzeige akustisch, graphisch
oder haptisch
Bild: ESI – IC.IDO
Bild: ESI – IC.IDO
Bild: Haption
Virtuelle Montage-
Prüfung Tank vor der
Powerwall
Ein-/Ausbauuntersuchung
beidhändig vor der
Powerwall mit taktilem
Feedback
Demontageuntersuchung
mit Force-Feedback
Virtuelle Fertigung
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Virtuelles Nutzfahrzeug
Virtuelle Entwicklung Virtuelle Fertigung Marketing & Vertrieb Unterhaltung Zusammenfassung
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Fabrikplanung und Fertigungsprozesse
geometrische Einplanung aller Gewerke
in ein Gesamtfabrikmodell
Simulation und Animation
Concurrent Engineering
Virtual Walkthrough
innerbetriebliche Logistik:
weiteres VDC-Whitepaper
Fertigungsverfahren:
weiteres VDC-Whitepaper
Bild: Fraunhofer IPA
Bild: TU München
Bild: Visenso
Blick in 3D-Modell
Rohbaumontage
Logistik:
AR-Einplanung neuer
Fördertechnik in Bestand
Fertigungsverfahren:
Druckgusswerkzeug
Virtuelle Fertigung
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Virtuelles Nutzfahrzeug
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Training – Wissensmanagement
Wissensarten in Virtuellen Umgebungen:
Positionswissen: was ist wo?
Strukturwissen: wie hängt was zusammen?
Verhaltenswissen: wie verhält sich das System?
Wie verhalte ich mich?
Prozedurwissen: welche Abläufe bewirken was?
Möglichkeiten des Lernens in
Virtuellen Umgebungen:
räumliches Explorieren
konzeptuelles Lernen
Erlernen motorischer Fähigkeiten
prozedurales Lernen
Bild: HS Mannheim
Bild: HS Mannheim
Bild: HS Mannheim
Training Feuerwehr am
virtuellen Einsatzfahrzeug
Training Feuerwehr am
virtuellen Einsatzfahrzeug
Explorieren Cockpit
Landmaschine,
Software ESI – IC.IDO
Training
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Virtuelles Nutzfahrzeug
Virtuelle Entwicklung Virtuelle Fertigung Marketing & Vertrieb Unterhaltung Zusammenfassung
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Training – Simulatoren
spezielle Fahrzeugkinematiken
spezielles Fahrzeugverhalten
große Fahrzeuge, hohe Sitzpositionen
unübersichtliche Fahrzeugbereiche
Analyse von Fahrerhaltungen und -sicht
Bild: GlobalSim.com
Bild: TU Dresden
Bild: RIF
Blick auf Arbeitsplatz
Kransimulator
Blick auf Bagger
auf Rampe
Training
Holzvollernter
Training
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Training – Simulatoren
Trainingsaufgaben
- Bewältigung Trainingsparcour
- Erkennen Gefahrensituationen
- korrekte Kommunikation mit
gefährdeten Personen
Abfangen pendelnder Last,
Anschlaggefahr
Aufenthalt von Personen im
Gefahrenbereich
Überraschender Eintritt von
Personen in Verfahrweg
Bild: RIF
Bild: Fraunhofer IAO
Bild: Fraunhofer IAO
Interaktives 3D-Modell
Holzvollernter
Kran: Unterschreitung
Mindestabstand führt
zu visueller Warnung
Kran: Person im
Gefahrenbereich
Training
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Training – Simulatoren
Bild: TU Dresden
Blick in Fahrsimulator
an der TU Dresden
Training
Bild: TU Dresden
Blick auf Fahrsimulator
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Training – Service
Wartung, Instandhaltung
Reparatur, Instandsetzung
Zugänglichkeiten
Werkzeugeinsatz
Abläufe, Prozesswissen,
Beschädigungsgefahren
alle Varianten, alle Perspektiven
Lernkonzepte:
Vorführen – Begleiten – Prüfen
online-Assistenten (z. B. mit AR)
Bild: ESI – IC.IDO
Bild: BMW/Arvika
Bild: BMW/Arvika
Ausbau Motor aus
Gabelstapler
AR-Blick auf Demontage-
Szenario: Baugruppen und
Werkzeug
AR-Blick auf Demontage-
Szenario: Baugruppen und
Werkzeug
Training
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Variantenmanagement
lange Planungszeiten –
schnelle Technologieentwicklung
verschiedene Lebenszyklen
von Produktteilen
inkrementelle und iterative Entwicklung
spontane Anforderungsänderungen
riesige Kombinationsmöglichkeiten
Kombinationsverbote
systematisches Variantenmanagement
sehr wichtig: unsystematisches
Variantenmanagement funktioniert
oft anfänglich, lässt sich aber nicht skalieren
Bild: LumoGraphics
Bild: LumoGraphics
Bild: Volvo
Darstellung
Varianten NKW
Darstellung
Varianten NKW
Variantenvergleich
vor Powerwall
Marketing & Vertrieb
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Vertriebskonfiguratoren
frühe, unter Umständen anonyme
Einbeziehung des Kunden
Aufnahme Kundenwunsch
Steigerung Kundenbindung
in frühen Phasen
ausschließlich mögliche Produkte
werden auch angeboten
frühe Aussage zur Lieferbarkeit
und Lieferzeitpunkt
frühe Aussage zu Preis,
Angebotsunterstützung
Bild: LumoGraphics
Bild: LumoGraphics
Bild: LumoGraphics
Konfigurator:
Außenansicht
Konfigurator:
Innenansicht
Konfigurator-Menü
Marketing & Vertrieb
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Virtuelles Nutzfahrzeug
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Tele-Anwendungen
Verfolgung der Fahrzeuge in Leitzentrale
Logistik, Baustellenleitstand
Abgleich Arbeitsfortschritt
Fernsteuerung: Einsatz dort, wo Kameras
aufgrund von Umweltbedingungen oder
Signallaufzeiten nicht möglich sind
Projektionswand oder bei 2D-3D-Aufgabe
(Grundriss + Perspektive): Planungstisch
Bild: Financial Times
Bild: Financial Times
Bild: Financial Times
Projektion in Leitzentrale
bei Rio Tinto
Warnschild automatisierte
Mine in Westaustralien
Fahrerlose LKWs in Mine
in Westaustralien
Teleoperations
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Tele-Anwendungen
Bild: VDC
Perspektiven des
Planungstisches
für Baustellenleitstand:
2D-Draufsicht (für Tisch, links)
und 3D-Perspektive aus
Bagger (rechts oben) und aus
drittem Fahrzeug heraus
(rechts unten)
Teleoperations
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Entertainment
erste Tests zum Einsatz von Erweiterter
Realität (Augmented Reality – AR) in der
Windschutzscheibe für Infotainment
(auch Kontext-sensitiv)
Verwendung Scheibe als Touch Screen
Spiele wecken erstes Interesse
an Nutzfahrzeugen
Bild: Daimler
Bild: Aeon Project
Bilder: John Deere/Caterpillar
Einblenden von
Informationen
in Windschutzscheibe
Interaktion / Eingabe
über Windschutzscheibe
Spiele laden zur
Beschäftigung mit
virtuellen
Nutzfahrzeugen ein
Unterhaltung
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Zusammenfassung
viele Anwendungsmöglichkeiten entlang der gesamten Entwicklungsprozesskette
viele Nutzenpotenziale
Prozessintegration essentiell
Mehrfachverwendung 3D-Daten essentiell
häufig Ausweitung des Einsatzes von VR/VE auf mehr Anwendungsgebiete
möglich
Bild: HLRS
Zusammenfassung
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VDC-Mitglieder und -Partner im Thema Virtuelles Nutzfahrzeug
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