Ein Audi-Mitarbeiter mit einer VR-Brille.

Die Montage des Audi E-Tron GT wurde ausschließlich virtuell und ohne physische Prototypen erprobt. Bild: Audi

Kartonagemodelle, physische Prototypen, Behelfsregale: Die herkömmliche Montageplanung hat ausgedient. Am Standort Böllinger Höfe in Heilbronn setzte Audi beim E-Tron GT erstmals 3D-Scans, Virtual Reality (VR) sowie Machine Learning ein und sparte dadurch Zeit, Kosten und Ressourcen. Da aus Kostengründen ohnehin kein physischer Prototyp mehr zur Verfügung stand, bot sich die einsatzreife VR-Lösung, die bereits im Jahr 2017 gemeinsam mit dem Audi Production Lab in Ingolstadt forciert wurde, als pragmatische Alternative an.

Aber auch der Variantenreichtum stärkte den Reiz am digitalen Umbruch. „In unseren Prozessworkshops betrachten wir bei neuen Fahrzeugprojekten alle Modelle und Bauteilvarianten, wobei die Produktionslinien hinsichtlich Materialbereitstellung, Werkzeugen, Anlagen und der Fabrikhalle bislang nur näherungsweise nachgestaltet werden konnten. Mit Virtual Reality können wir diese Komplexität endlich detailgetreu abbilden“, erklärt Andrés Kohler, verantwortlich für die virtuelle Montageplanung bei Audi.

So kann bei den Workshops beispielsweise zwischen Rechts- und Linkslenker, Sportback und Limousine, Diesel, Benziner oder Elektroauto gewechselt werden. „Diese Flexibilität würden wir mit einem physischen Prototyp nie erreichen“, betont Kohler. Armin Kugler, Product Owner der 3PVR-App bei Audi, ergänzt: „Zudem haben wir nun den aktuellen Produktstand zur Verfügung. Wir können Änderungen in der Entwicklungs- und frühen Planungsphase eines neuen Modells jederzeit im virtuellen Raum abbilden. Früher war das mit den Prototypen nicht möglich.“

Werkshalle wird mittels 3D-Scans nachgebildet

Doch wie wird ein solch digitales Abbild der Produktionsumgebung erzeugt? Zunächst muss die Fertigungshalle samt Anlagen, Werkzeugen und Regalen präzise und maßstabsgetreu nachgebildet werden – mittels 3D-Scans. Der dafür notwendige Scanner wird durch die Räumlichkeiten gefahren, sodass die Weitwinkelkamera ein Bild des Raumes aufnehmen kann, während ein Lidar- sowie drei weitere Laserscanner exakt vermessen und eine dreidimensionale Punktewolke der Umgebung erstellen. Das Erfassen der Montage am Standort Böllinger Höfe dauerte mit dieser Technik rund elf Stunden.

Anschließend werden die erzeugten Punkte und Fotos von einer Audi-Software, die auf künstlicher Intelligenz und Machine Learning basiert, zu einem Gesamtbild zusammengeführt. Es entsteht ein dreidimensionaler, fotorealistischer Raum. Proportionen und Größen stimmen maßstabsgetreu mit der Realität überein. Dadurch erhalten die Audi-Experten zum einen eine Ansicht wie bei Google Street View, in der man sich bewegen kann, und zum anderen eine Punktewolke, die mittels KI in CAD-Objekte umgewandelt wird. Letztere können wiederum das digitale Abbild anreichern und in VR verwendet werden.

Die Software erkennt zudem sämtliche Anlagen und Gegenstände im Raum. Mit jedem Scanvorgang lernt sie, diese präziser zu erkennen, zu unterscheiden und zu klassifizieren. „Momentan füttern wir unsere Datenbank, anschließend können wir die Objekte in der virtuellen Planung beliebig positionieren“, erklärt Marco Kern, zuständig für das Projekt 3D-RealScan in der virtuellen Montageplanung beim Ingolstädter OEM. Es sei essenziell, dass die virtuelle Szene nicht nur zum Erleben, sondern auch zum Gestalten eingesetzt werden kann, hebt Andrés Kohler ergänzend hervor.

Ein Audi-Mitarbeiter fährt mit einem 3D-Scanner durch die Werkshalle der Böllinger Höfe.
Die Weitwinkelkamera nimmt ein Bild des Raumes auf, während ein Lidar- sowie drei weitere Laserscanner diesen vermessen. Bild: Audi

Echtzeit-Simulationen der Montage dienen als Realitätscheck

Ein Kernaspekt bleibt dennoch die Erprobung. Egal ob Handgriffe, Arbeitsschritte und Bewegungsabläufe oder die Anordnung von Maschinen, Regalen und Bauteilen – der Montageprozess kann bis ins Detail durchgespielt, analysiert und optimiert werden. So können die Takte nahtlos aufeinander abgestimmt werden. „Bei der Vorbereitung der Produktion in Mexiko haben wir beispielsweise festgestellt, dass Mitarbeiter aufeinander warten mussten, obwohl die Abläufe einzeln betrachtet schlüssig aussahen. Echtzeit-Simulationen sind insofern der optimale Realitätscheck und ein entscheidendes Puzzleteil unserer Gesamtlösung“, veranschaulicht Kohler.

Auch beim Thema Ergonomie zeigt das Werk in San José Chiapa auf, welche Vorteile die Technologie mit sich bringt: Mithilfe maßstabsgetreuer Mitarbeitermodelle wurde die VW-Tochter auf den Umstand aufmerksam, dass bestimmte Teile im Motorraum des Q5 nicht von der Seite montiert werden konnten – die Körpergröße reichte nicht aus. Inzwischen werden die neuen Möglichkeiten unter dem Lead von Audi innerhalb des Volkswagen-Konzerns standort- und markenübergreifend weiterentwickelt.

Drei Avantare von Audi testen einen Montageablauf in VR.
Abläufe und Handgriffe können in virtuellen Räumen erprobt und optimiert werden. Bild: Audi

Virtual Reality macht Produktionsplanung grenzenlos

„Wir haben das Ganze bereits erfolgreich bei der Vorbereitung für die Montage des künftigen ID.Buzz in Hannover pilotiert. Gleiches erfolgt derzeit für den Anlauf des ID.4 in Emden. Zudem erstellen wir gerade einen 3D-Scan des Audi-Werks im ungarischen Györ, wo die Fertigungsplanung der nächsten Fahrzeugprojekte ebenfalls mit VR und ohne physische Prototypen erfolgt“, berichtet Kohler. In Ingolstadt stehe der Scan der Logistik an. „Dann wird auch dort der Funke zünden“, erwartet Marco Kern.

Die Produktionsplanung der Zukunft wird dadurch buchstäblich grenzenlos. Bereits Jahre im Voraus können Experten in Ingolstadt oder Neckarsulm neue Projekte weltweit betreuen. Selbst Prozessabläufe auf anderen Kontinenten werden ohne Flugreisen erleb-bar. Kosteneffizienz und Umweltschutz gehen Hand in Hand. Ausgeschöpft ist das Potenzial jedoch nicht: Dafür müssten zunächst alle Werke ein digitales Abbild erhalten. Zudem könnten Bauteile künftig auch über einen 3D-Drucker erstellt werden, um die Workshops in eine Mixed Reality zu führen. Selbst Haptik und Gewicht der Teile würden dadurch auf physische Weise erprobt werden. Der Prototyp wäre in jedweder Weise obsolet.

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