KMU-innovativ Virtual-Reality für assistenzgestütztes Freiformschmieden (ViRalForge)

Problemstellung
Das Freiformschmieden ist ein Warmumformverfahren, das die Herstellung großer meist länglicher Bauteile mit exzellenten Werkstoffeigenschaften ermöglicht. Aufgrund vieler Freiheitsgrade wird der Prozess bis heute oft nur erfahrungsbasiert ausgelegt. Der Schulung des Personals kommt eine Schlüsselrolle zu, da die Prozessauslegung und -führung hochkomplex ist. Da Schulungen an realen Anlagen sehr kostspielig und mit erheblichem Risiko für Mensch und Maschine verbunden sind, besteht ein Bedarf an alternativen Schulungsmöglichkeiten. Virtual Reality (VR) bietet als Technologie jenes Instrumentarium, praktische Lerninhalte in realitätsnahen Umgebungen zu schulen und Handgriffe und Abläufe einzuüben.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts ViRalForge ist es, einen virtuellen Schmiedesimulator als Assistenzsystem zu entwickeln, der KMU in die Lage versetzt, die erfahrenen sowie neuen Mitarbeiter im Freiformschmieden zu schulen. Im Training sollen die Mitarbeitenden lernen, Prozesse nicht nur so zu führen, dass eine gewünschte Endgeometrie entsteht, sondern dass gleichzeitig möglichst gute Werkstoffeigenschaften eingestellt werden.

Vorgehensweise
Zunächst wird das didaktische Konzept erarbeitet, um relevante Lernszenarien zu ermitteln und implementieren. Anschließend ist der virtuelle Schmiedesimulator zu entwickeln, mit dem Mitarbeitende aufgrund einer realitätsnahen Optik und Akustik in die VR-Umgebung eintauchen (Immersion) und hier als virtuelle Pressenbediener stark mit ihr interagieren können. Von entscheidender Bedeutung ist, dass Eingabeverzögerungen trotz einer realistischen Grafik unter 12 ms liegen, um Übelkeit, sogenannte Motion Sickness, zu vermeiden. Im Schmiedesimulator errechnen schnelle Prozessmodelle im Hintergrund die wichtigsten Bauteileigenschaften, sodass diese in der virtuellen Pressenkabine oder sogar direkt auf dem Bauteil angezeigt werden können. Insgesamt entsteht so ein Modul, in dem neue aber auch erfahrene Pressenbediener spielerisch anhand eigener Fehler das Schmieden mit Schmiedeassistent erlernen können. Aufgrund der Visualisierung der wichtigsten Bauteileigenschaften können direkt die Konsequenzen des eigenen Handelns ersichtlich gemacht werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Bei einer erfolgreichen Umsetzung des Projekts ist damit zu rechnen, dass der Aus- und Weiterbildungsaufwand neuer und erfahrener Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im Schmiedesektor deutlich gesenkt werden kann. Zudem wird durch gut geschultes Personal der Einsatz des Schmiedesimulators als Assistenzsystem in der täglichen Produktion ermöglicht, wodurch z. B. Kosten durch weniger Ausschuss minimiert werden können. Ferner bietet das Konzept der Kombination von schnellen Prozessmodellen mit einer VR-Umgebung gute Übertragungsmöglichkeiten auf weitere industrielle Prozesse, wie z. B. das Walzen oder das Bedienen von Schmelzöfen, in denen eine Schulung an realen Anlagen ebenfalls mit erheblichen Kosten und Risiken verbunden ist.

• Rosswag GmbH
• RWTH Aachen
• Weltenmacher GmbH