Plenum: VR meets Engineering
               Klaus-Dieter Tigges (Hitachi Power Europe GmbH)      Abstract anzeigen Abstract verbergen

Abstract
Kraftwerke sind hochkomplexe Anlagen, die aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten und Systemen bestehen, Herz und Lunge sind Dampferzeuger und Turbine. Pumpen, Ventile und unzählige Rohrleitungen versorgen das so genannte Wasser-Dampf-System. Gebläse und Kanäle fördern die Verbrennungsluft und entsorgen die Abgase, die wiederum in mehrstufigen Verfahren gereinigt werden. Brenner und Brennstoffversorgung vervollständigen die Feuerungstechnik, wobei die Brennstoffzufuhr in Kohlekraftwerken aus einem Geflecht von Förderaggregaten, Lagerbehältern und Kohlemühlen besteht. Umrahmt werden diese Bauteile durch das tragende Stahlgerüst, das in großen Anlagen mehr als 20000 t Stahl umfasst.

Marktgerechte Lieferzeiten erfordern eine ausgeklügelte Zusammenarbeit aller Disziplinen vom 1. Tag der Bearbeitung an. Die Reihenfolge der Zusammenarbeit ist nicht beliebig, sondern zwischen Verfahrenstechnik, Konstruktion und Anordnungsplanung wohl abgestimmt. Die Herausforderung liegt in der Parallelität der Bearbeitung. Komponenten, deren Abmaße noch nicht bekannt sind, werden in der Anordnungsplanung schon fixiert. Lasten müssen frühzeitig eingefroren werden, damit die Bearbeitung des Stahlgerüstes zeitnah erfolgen kann. Es ergibt sich ein hoch iterativer Engineeringprozeß, dessen Dreh- und Angelpunkt in der Anordnungsplanung liegt.

Dieses Umfeld ist von Annahmen, Änderungen und Termindruck geprägt. Mit der standardmäßigen 3D CAD Planung schleichen sich Fehler in den Planungen ein. Bauteile kollidieren, weil das Vorstellungsvermögen der Planer überfordert wird. Eine Überprüfung der Anordnungsplanung kann nur von solchen Personen vorgenommen werden, die das CAD Tool beherrschen. Die so genannte mathematische Kollisionsprüfung bietet dabei nur eine Teilhilfe an.

Eine wesentliche Unterstützung der Anordnungsplanung erreicht man, wenn die Planungsergebnisse mit Hilfe von virtueller Realität für alle beteiligten Teammitglieder sichtbar gemacht werden und jeder ein verständliches Bild des aktuellen Standes vor Augen hat. Die gegenseitige Unterstützung ist damit nicht mehr auf die CAD Anwender beschränkt, vielmehr kann sich jeder – bis hin zur Unternehmensleitung – in den Planungsprozess einbringen. Dabei besteht eine gute Chance, Kollisionen von Komponenten auszuschließen.

Der Vortrag erläutert die Aufgaben der Anordnungsplanung für Kohlekraftwerke und zeigt, wie die Technik der virtuellen Realität eingesetzt wird, um Ablauf und Ergebnis der Planungen zu optimieren. Die Methode basiert auf regelmäßigen Design Reviews, die interdisziplinär besetzt sind. Die Analysen betrachten entweder einzelne Komponenten, Teilsysteme oder komplexe Gesamtsysteme. Sie zeigen den beteiligten Teammitglieder deutlich, wo noch Verbesserungsbedarf besteht, sie unterstützen darüber hinaus die interdisziplinäre Zusammenarbeit, weil die spezifischen Probleme einer Disziplin den übrigen Teammitgliedern verständlicher werden.

Prozessübergreifende Nutzung von VR-Technologien im Schiffbau, Matthias Roth (Siemens Industry Software GmbH & Co. KG)                            Abstract anzeigen Abstract verbergen

Abstract
Innovationsdruck, verkürzte Entwicklungszeiten und die besonders im Schiffbau große Baugruppenkomplexität bei gleichzeitig hoher Integrationsdichte verlangen nach geeigneten Werkzeugen zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Werften und Zulieferer. Besonders vielversprechend ist der Bereich der Virtuellen Realität (VR).

Um dieses Potential zu evaluieren und nutzbar zu machen, wurde das POWER-VR-Verbundprojekt ins Leben gerufen. Der vorliegende Artikel dokumentiert den bisherigen Stand der Arbeitspakete, an denen die Siemens Industry Software GmbH & Co. KG mitarbeitet.

Die Arbeitspakete betreffen das Benchmarking von neutralen Datenformaten, die Erweiterung eines neutralen Datenformats um Metadaten und die entsprechende softwareseitige Repräsentation. Durch entsprechende Viewererweiterung werden die Daten auch CAD-fremden Anwendergruppen zugänglich gemacht. Die Etablierung standardisierter Datenmodelle und durchgängiger Prozesse stellt ein wesentliches Ziel von Siemens dar. Das Projekt ist auf 36 Monate angelegt, von denen bisher sieben Monate vergangen sind.

Virtual und Augmented Reality Technologien zur Unterstützung von Konstruktion und Fertigung im U-Bootbau, Michael Riedel (Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH)                                                                                        Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Um die globale Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig zu sichern, die erhöhten technischen Anforderungen zu erfüllen und verkürzte Entwicklungszyklen bei gleichzeitig erhöhter Komplexität zu gewährleisten, ist der effiziente Einsatz von CAx- und virtuellen Technologien im Wertschöpfungsprozess für HDW unbedingte Vorraussetzung. Dabei findet aufgrund von geringen Stückzahlen und hoher Individualität im U-Bootbau eine enge Verzahnung von Fertigung und Entwicklung statt. Diese Verzahnung erfordert einen permanenten Abgleich zwischen digital konstruierten und real gefertigten Bauteilen. Um diese Anforderung zu unterstützen, werden im Rahmen des BMBF geförderten Projektes AVILUS Technologien entwickelt, die einerseits eine VR-gestützte Kooperation an verteilten Standorten unterstützten („VR-Meeting“), die andererseits mit Hilfe von Augmented Reality Technologien einen Abgleich von digitaler (Konstruktion) und realer Welt (Fertigung) unterstützen.

Training beyond troubleshooting, Jürgen Burg (MarineSoft Entwicklungs- und Logistikgesellschaft mbH)

Erkennung von Handgesten und Kopforientierung in einem generellen 3D-Tracking-Frameworkm, Enrico Gutzeit (Fraunhofer IGD)       Abstract anzeigen Abstract verbergen

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In diesem Artikel beschreiben wir das Konzept für unser binokulares System zur Erkennung von Handgesten und Kopforientierung und -position (Kopf-Pose) zur Interaktion mit beliebigen Anwendungen. Einzeln betrachtet gibt es eine Fülle von Lösungen für die Erkennung von Handgesten bzw. der Kopf-Pose, aber nicht für Beides gemeinsam. Das Problem wird in diesem Artikel adressiert und eine konzeptuelle Lösung basierend auf einem Tracking in einem generischem Weltmodel und einer adaptiven Hautsegmentierung vorgestellt. Das Konzept entstand im Kontext des Projektes REMUS

3D Reconstruction of Sewer Shafts from Video, Sandro Esquivel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel)                                                     Abstract anzeigen Abstract verbergen

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In this paper we propose a robust approach for automatic 3d model acquisition of sewer shafts from survey videos. Images are captured by a specific camera setup which is composed of a downward-looking fisheye-lens camera while lowering it into the shaft. Additionally, an inertial sensor measures rotation around the viewing axis. Our approach is based on Structure from Motion adjusted to the constrained motion and scene geometry, and measures the profile of the shaft using robust 2d shape recognition techniques. Global bundle adjustment is avoided by applying a simple and fast geometric correction of the computed 3d reconstruction which is also capable of handling inaccuracies of the intrinsic camera calibration parameters. An implementation of our method has been evaluated extensively with real data. Furthermore, we have proposed modifications of our so far off-line implementation to approach real-time reconstruction which can be applied during on-site inspection.

Mehrdimensionale Rekonstruktion und Partikelgrößenbestimmung in Mehr-
phasenströmungen, Nils Damaschke (Universität Rostock)        Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Die dreidimensionale Rekonstruktion von Strömungsfeldern ist mittels der Particle-Image-Velocimetry möglich. Durch die Nutzung von defokussierten Abbildungen der von der Strömung mitgeführten Partikel ist eine dreidimensionale Rekonstruktion auch bei nur einer Beobachtungsrichtung möglich. Über die Defokussierung kann weiterhin die Partikelgröße von homogenen sphärischen Inhomogenitäten, z.B. Tropfen oder Blasen in einer Zweiphasenströmung, erfolgen.

Einsatz von terrestrischen Laserscannern für Engineering-Prozesse im Schiffbau, Olaf Grewe (Fraunhofer AGP)                                                     Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Die immer leistungsfähiger werdende 3-D-Computergrafik erlaubt es heutzutage, hochdichte 3-D-Punktwolken von terrestrischen Laserscannern sehr effektiv zu verarbeiten und damit rationell für fertigungsunterstützende sowie Reengineering Aufgaben im Schiffbau einzusetzen. Terrestrische Laserscanner (TLS) sind Messwerkzeuge, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 Millionen Messpunkten pro Sekunde die 3-D-Geometrie von natürlichen Oberflächen aufnehmen. Dabei erreichen für den industriellen Einsatz entworfene Geräte Messgenauigkeiten von bis zu einem Millimeter bei Reichweiten bis ca. 50 Meter.

Im vorliegenden Beitrag soll ein Überblick über die verfügbare Gerätetechnik im Bereich der terrestrischen Laserscanner, die am Fraunhofer Anwendungszentrum für Großstrukturen in der Produktionstechnik (FhAGP) entwickelten Mess- und Auswerteverfahren sowie beispielhafte Anwendungen in der maritimen Industrie gegeben werden. Die Anwendungsbeispiele sind:

• Prüfung von Paneelen in der Schiffbaufertigung
• Prüfung von Antriebselementen wie Ruder und Propeller
• Ermittlung von notwendigen Spachtelhöhen an Megayachten
• Aufnahme von Ist-Daten für den Innenausbau/Ausrüstung
• Reengineering von historischen Rumpfformen

Laser Model Interface – oder wie das Schiff in den Computer kommt, Ilka Pohl (AVEVA GmbH)

Verformungsmessung an großen Strukturen, Eckhard Neise (HIGH-END Engineering GmbH)                                                                    Abstract anzeigen Abstract verbergen

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ARAMIS ist ein fotogrammetrisches System zur dreidimensionalen Messung von Deformationen. Beim heutigen Stand der Technik ist das System ortsfest und die erfassbare Fläche über die Brennweite der Objektive mit der möglichen Auflösung verknüpft. Für einen Versuch an einer Tonne mit einem Messfeld von 7m Länge wurde das System auf einem Schlitten montiert und einzelne Felder mit Überlappung erfasst. Die Felder wurden für die Auswertung zusammengesetzt und außer der lokalen Deformation auch die Gesamtverformung der Tonne berechnet. Das Messergebnis wurde mit anderen Verfahren verglichen und liefert Genauigkeiten im Rahmen der Erwartung.

Automatisierte Erkennung und Beschreibung von Fassaden aus Schrägluftbildern, Matthias Vahl (Fraunhofer IGD)                     Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Im Beitrag wird ein Lösungsansatz für das automatisierte Erkennen und Beschreiben von Häuser-Fassaden aus Schrägluftbildern aufgezeigt. Dabei wird nicht auf Bilder aus Befahrungen (z. B. von Google StreetView) zurückgegriffen, sondern es werden fotorealistische Stadtmodelle aus Schrägluftbildern extrahiert. Voraussetzungen hierfür sind eine entsprechende Auflösung der im Flugzeug montierten Aufnahmekameras, eine optimierte Bildvorverarbeitung sowie eine komplexe modellbasierte Fassaden-Analyse.

Der Beitrag stellt nach einer Zusammenfassung des Forschungsstandes auf dem Teilgebiet der bildbasierten Modellierung den aktuellen Arbeitsstand für die automatisierte Erkennung und Beschreibung von Fassaden aus Schrägluftbildern vor. Zudem wird ein entsprechendes Evaluierungskonzept vorgeschlagen und eine Einordnung der vorgestellten Arbeiten vorgenommen.

Einsatz von Drohnen zur Gewinnung von Flächen- und 3D-Informationen am Beispiel Precision Farming, Ludwig Schrenk (CiS GmbH)            Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Mit unbemannten Flugobjekten lassen sich, je nach eingesetzter Steuerung und Sensoren, aktuelle Informationen in sehr hoher Auflösung gewinnen.
Weder Satellitenaufnahmen, noch Aufnahmen mit bemannter Flugtechnik können in speziellen Bereichen damit konkurrieren.
Bilder von Objekten mit relativ geringer Ausdehnung und hoher Aktualität braucht man unter anderem auf Baustellen, bei industriellen Anlagen und auch in der Land- und Forstwirtschaft.

Im Beitrag soll auf die rechtlichen Bedingungen des Drohnen- oder UAV- Einsatzes eingegangen werden. Es werden verschiedene Flugobjekte und deren Einsatzspektren diskutiert.
Am Beispiel der Gewinnung von fein aufgelösten Biomassekarten, gewonnen aus herkömmlichen Farb- und Infrarot-Bildern, werden spezifische photogrammetrische Probleme der Drohnennutzung, wie das Zusammenfügen vieler Einzelbilder und deren Georeferenzierung, diskutiert.
Bei der Nutzung zur Ansteuerung von Düngerstreuern und Feldspritzen wird gezeigt, wie ein durch Autopiloten gesteuertes Flächenflugzeug sich in die Produktionsprozesse eines modernen, landwirtschaftlichen Betriebes einordnen lässt und welche Genauigkeiten und Effekte hier erreicht werden.

Java-Monkey-Engine (jME) basierte Gerätesimulation eines Ankertauminendetektionssonars für die Bedienerausbildung, Dirk Zabler (szenaris GmbH)                                                                        Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Zur Schulung der Bediener des Ankertauminendetektionssonars vom Typ DSQS-15A in der deutschen Marine wurde ein Java-basiertes Trainingssystem bestehend aus Lernprogramm und Simulation realisiert.

Im Lernprogramm werden systematisch der Aufbau und die Bedienung des Sonargerätes sowie die für den operativen Einsatz benötigten Verfahren vermittelt.

Das Highlight des Programms ist die Simulation des Sonargerätes. Darin kann der Lerner in unterschiedlichen Missionen realitätsnah die im Lernprogramm vermittelten Inhalte anwenden und vertiefen. Die Missionen, die auch in einer virtuellen 3D-Umgebung dargestellt werden, können vom Ausbilder entsprechend der Erfordernisse frei konfiguriert werden. Es können z. B. Wassertiefe, Objektart, Objektanzahl, Objekttiefe, Bewuchs u. a. angepasst werden. Das Trainingssystem stellt somit eine realitätsnahe Vorbereitung für den Einsatz an Bord dar.

Als Realisierungsinstrument wurde im Frontend-Bereich „Java Synth“ und zur Generierung der virtuellen Welt die „jmonkeyengine (jme)“ in der Version 2 gewählt.

Im Vortrag werden der grundlegende Aufbau der Simulation und die besonderen technischen Herausforderungen erläutert. Kern-komponente der Simulation ist eine in jME implementierte Virtual Reality-Anwendung für die Unterwasserdarstellung, aus der im Off-Screen-Rendering-Verfahren die synthetischen Darstellungen von Detektionsfenster, Tiefenfenster und Lupe für die Sonarbedienkonsole generiert werden.

Ein Ergebnis dieses Projekts ist, dass die „jmonkeyengine“ eine für den Spielentwicklungsbereich leistungsfähige Engine ist, jedoch aufgrund ihrer internen Ungenauigkeiten für die technische Simulationsentwicklung weniger geeignet ist. Im Vergleich zu anderen VR-Entwicklungstools (WYSIWIG) ist der Implemetierungsaufwand für die Codezeilen orientierte jME um ein vielfaches höher, besitzt aber dafür den Vorteil der plattformunabhängigen Simulationsentwicklung. Die Simulation wird während des Vortrags live präsentiert.

Virtual Testbed for Joint Evaluation of Terminal Operation Strategies, Axel Hahn (Universität Oldenburg)                                                             Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Container Terminals are complex systems with a broad range of subsystems with different optimization and planning methods. This paper proposes a simulation environment with VR visualization to evaluate and optimize the Terminal Operation System and its combined planning mechanisms in conjunction with the terminal layout.

Visualisieren mit VRED Professional, Katharina Ehrke (PI-VR GmbH)
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Die PI-VR GmbH ist ein Software-Entwickler mit Sitz in Berlin und Darmstadt. Das Unternehmen hat sich auf die Entwicklung von High-End 3D-Visualisierungs-Softwares spezialisiert. Alle Produkte wurden von der PI-VR neu programmiert und werden bis heute permanent weiterentwickelt um die individuellen Bedürfnisse der Anwender bestmöglich zu erfüllen. Dazu steht das Unternehmen im ständigen Dialog mit seinen Kunden. Das Hauptprodukt der PI-VR ist VRED Professional, es bietet einen weitreichenden Funktionsumfang für diverse spezielle Ansprüche aus dem Ingenieursbereich.

Ein Großteil der bestehenden Kunden der PI-VR kommt aus dem Automobil-Bereich. Hier konnte das Unternehmen umfassende Kenntnisse hinsichtlich des Umgangs bzw. der Anforderungen an Konstruktionsdaten verschiedenster Art sammeln und verfügt aus diesem Grund über fundierte und umfangreiche Erfahrungen bezüglich der individuellen Anforderungen an 3D-Softwares seitens der Engineering-Branche.

Virtuelle Technologien als Wettbewerbsvorteil, Dr.-Ing. Marco Schumann (Fraunhofer IFF)                                                                        Abstract anzeigen Abstract verbergen

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Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert innerhalb der Hightech-Strategie der Bundesregierung Technologieverbünde zum Thema Virtuelle und Erweiterte Realität. Die in unterschiedlichen Programmen geförderten Projekte werden in der Innovationsallianz „Virtuelle Techniken“ zusammengefasst. Ziel der Innovationsallianz ist es, über Projektgrenzen hinweg die beteiligten Partner aus Industrie, kleinen und mittleren Unternehmen sowie Forschungsinstitute und Universitäten zu einem engen Erfahrungsaustausch zusammen­zuführen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Technologieentwicklungen innerhalb des Projektes „Angewandte Virtuelle Technologien mit Langfristfokus auf den Produkt- und Produktionsmittel-Lebenszyklus“ (AVILUSplus).

3D goes Web, Johannes Behr (Web3D Consortium)

Schlussworte