Genauigkeit bis
in den Millimeterbereich

4. August 1906: Das erste deutsche U-Boot gleitet auf der Kieler Krupp Germaniawerft ins Wasser. Mehr als ein Jahr haben Ingenieure und Arbeiter fieberhaft an dem Prototypen gebaut. Mehr als ein Jahrhundert später fertigt auf Teilen des alten Geländes die Thyssenkrupp Marine Systems Unterseebote und Marineschiffe – und ist auf dem Weg, sich zu einer der modernsten Werften in Europa zu entwickeln. Das schließt die Anwendung neuer Technologien wie Augmented Reality ein, um die Produktion effektiver, effizienter und schneller zu gestalten.

Von Papier zu AR

Die Fertigung von U-Booten ist komplex und mit extrem hohen technischen Anforderungen verbunden. Mehrere tausend Bauteile müssen ausgerichtet, eingeschweißt und überprüft werden. Die Lage und Ausrichtung von Bolzen und Schrauben bestimmen Vermessungsingenieure anhand analoger 2D-Unterlagen. Das heißt, sie zeichnen die Daten aus dem CAD-Modell in Papierpläne ein und markieren anschließend – mit dem Klemmbrett ausgerüstet – die Stellen manuell im U-Boot. Ein zeitintensiver und auch fehleranfälliger Prozess.

„Wir sind immer auf der Suche nach innovativen Technologien, um unsere Prozesse zu optimieren. In Augmented Reality sehen wir eine Schlüsseltechnologie, um die zeitintensive Vermessung und Qualitätsprüfung von Bauteilen zu digitalisieren“, berichtet Stefan Lengowski, Manager Development Engineering Platform der Thyssenkrupp Marine Systems. „Uns war auch bewusst, dass wir ein sehr herausforderndes Use-Case-Szenario stellten.“

Umfassende Lösung

Holo-Light bietet ein AR-Lösungspaket aus Software und Hardware. Der Augmented Reality Engineering Space (ARES) ermöglicht es Ingenieuren, CAD-Daten in 3D zu visualisieren, zu manipulieren und gemeinsam zu nutzen.

Die Software Suite wird ergänzt durch Stylus XR, ein AR-Eingabegerät mit auf künstlicher Intelligenz basierender Tracking-Technologie. Damit können Ingenieure millimetergenaue Arbeiten, Messungen und Bewegungen in einer AR-Umgebung durchführen. Mit einer Genauigkeit von ein bis drei Millimetern dient der Stylus XR als grundlegendes Mess- und Referenzierungsgerät für die U-Boot-Bauteile.

Für den Einsatz der Lösung setzt der AR-Experte auf Partner wie Microsoft und Trimble. Über die Datenbrille Hololens 2 werden alle Bauteile angezeigt und in realer Umgebung überlagert. Trimble wiederum liefert mit der XR10 die einzige HoloLens-2-Lösung, die mit einem Industriestandard-Helm kompatibel und für den Einsatz in sicherheitsregulierten Umgebungen zertifiziert ist.

Fehler vermeiden

Der neue Arbeitsvorgang ist für die Ingenieure jetzt deutlich kürzer und einfacher. Im Büro kann der Ingenieur das 3D-Modell (zum Beispiel im jt-Format) in der Software laden, die Koordinaten zum Referenzieren von Schrauben und Bolzen definieren sowie auf die HoloLens 2 Datenbrille hochladen. Virtuelle Bauteile geben die Markierungen vor und beinhalten optisches Feedback zur richtigen Platzierung.

Im U-Boot selbst markiert der Ingenieur mit dem Eingabegerät sowie der Überlagerung von virtuellen 3D-Modellen und realer Umgebung passgenau die Stellen, an denen eine Schraube montiert werden soll. Anschließend findet die Montage statt. Und danach kann der Ingenieur durch die AR-Brille einen Soll-Ist-Abgleich im U-Boot vornehmen. „Mit Augmented Reality und dem Eingabegerät sind wir in der Lage, manuelle Fehler schnell zu entdecken und zu beheben. Der ganze Planungs- und Montageprozess ist jetzt deutlich kürzer und wirtschaftlicher“, bestätigt Lengowski.

Immenses Potenzial

Insbesondere bei komplexen Konstruktionsvorhaben verbessert AR bisher aufwändige und fehlerbehaftete Planungs- und Einbauprozesse. Der Ressourcenaufwand ist geringer, Planungsfehler fallen schneller auf und auch Einbaufehler sind kaum mehr möglich. Dadurch lassen sich massiv Kosten und Zeit einsparen, während sich gleichzeitig Qualität und Geschwindigkeit in der Fertigung erhöhen. Dr. Luis Alejandro Orellano, COO von Thyssenkrupp Marine Systems, sieht AR daher als sehr wichtigen Bestandteil einer Digitalisierungsstrategie der Werft von Morgen und fördert die Implementierung der Technologie tatkräftig.