Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
OPERATING AND MONITORING SYSTEM UTILIZING AUGMENTED REALITY TECHNOLOGY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/052536
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an operating and monitoring system in which, in addition to the real information of a process, for example, of an automation system, virtual information is supplemented and visualized on a mobile display device. This permits an on-site virtual visualization, for example, of filling amounts of a tank, of a line, etc. which are otherwise not accessible. Speech or cues make it possible to carry out a multimodal communication with components of the processor.

Inventors:
FRIEDRICH WOLFGANG (DE)
WOHLGEMUTH WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/000657
Publication Date:
September 08, 2000
Filing Date:
March 02, 2000
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
FRIEDRICH WOLFGANG (DE)
WOHLGEMUTH WOLFGANG (DE)
International Classes:
G05B19/409; G05B19/418; G05B23/02; H04Q9/00; (IPC1-7): G05B19/409; G05B19/418; G05B23/02
Foreign References:
US5712649A1998-01-27
US5850352A1998-12-15
US5748495A1998-05-05
US5745387A1998-04-28
Other References:
DAUDE R ET AL: "HEAD-MOUNTED DISPLAY ALS FACHARBEITERORIENTIERTE UNTERSTUETZUNGSKOMPONENTE AN CNC-WERKZEUGMASCHINEN", WERKSTATTSTECHNIK,DE,SPRINGER VERLAG. BERLIN, vol. 86, no. 5, 1 May 1996 (1996-05-01), pages 248 - 252, XP000585192, ISSN: 0340-4544
KUZUOKA H: "SPATIAL WORKSPACE COLLABORATION: A SHAREVIEW VIDEO SUPPORT SYSTEM FOR REMOTE COLLABORATION CAPABILITY", PROCEEDINGS OF THE CONFERENCE ON HUMAN FACTORS IN COMPUTING SYSTEMS,US,READING, ADDISON WESLEY, vol. -, 1992, pages 533 - 540, XP000426833
ITO S ET AL: "HUMAN ORIENTED OPERATION GUIDE FOR SUBSTATIONS", PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS,US,NEW YORK, IEEE, vol. -, 1994, pages 1104 - 1109, XP000531218, ISBN: 0-7803-2130-8
JOHNSON D: "SCADA SOFTWARE RAISES THE STAKES", CONTROL ENGINEERING INTERNATIONAL,US,CAHNERS PUBLISHING, vol. 43, no. 14, 1 October 1996 (1996-10-01), pages 80 - 82,84,86, XP000682154, ISSN: 0010-8049
STOKER C R ET AL: "ANTARCTIC UNDERSEA EXPLORATION USING A ROBOTIC SUBMARINE WITH A TELEPRESENCE USER INTERFACE", IEEE EXPERT,US,IEEE INC. NEW YORK, vol. 10, no. 6, 1 December 1995 (1995-12-01), pages 14 - 23, XP000539881, ISSN: 0885-9000
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Bedienund Beobachtungssystem für eine automatisierungs technisch gesteuerte Anlage und/oder einen automatisierungs technisch gesteuerten Prozess mit einem mobilen Anzeigegerät zur Anzeige von ersten Informationsdaten der Anlage oder des Prozesses in Abhängigkeit von mittels Erfassungsmitteln er faßbaren realen zweiten Informationsdaten.
2. System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Informationsdaten statische und/oder dynamische In formationsdaten sind.
3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das System Erfassungsmittel (2,11) mit einer Sensorik, insbesondere einer Bildaufnahmevorrichtung zur Erfassung der ersten Informationsdaten sowie Visualisierungsmittel (4) zur Visualisierung der zweiten Informationsdaten aufweist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erfassungsmittel (2) anwendergesteuert sind und ins besondere als sprachgesteuerte Erfassungsmittel und/oder durch Steuerdaten gesteuerte Erfassungsmittel ausgebildet sind.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erfassungsmittel (2) und/oder die Visualisierungsmit tel als Datenbrille (4) ausgebildet sind.
6. Verfahren zum Bedienen und Beobachten einer automatisie rungstechnisch gesteuerten Anlage und/oder eines automatisie rungstechnisch gesteuerten Prozesses, bei dem mittels eines mobilen Anzeigegeräts ersten Informationsdaten der Anlage oder des Prozesses in Abhängigkeit von mittels Erfassungsmit teln erfaßbaren realen zweiten Informationsdaten angezeigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dokumentationsdaten (Il.. In) statische und/oder dyna mische Informationsdaten sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ersten Informationsdaten mittels Erfassungsmitteln (2,11) mit einer Sensorik, insbesondere einer Bildaufnahme vorrichtung erfaßt und daß die zweiten Informationsdaten mit tels Visualisierungsmitteln (4) dem Anwender (7) visualisiert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erfassungsmittel (2) anwendergesteuert sind und ins besondere als sprachgesteuerte Erfassungsmittel und/oder durch Steuerdaten gesteuerte Erfassungsmittel ausgebildet sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erfassungsmittel (2) und/oder die Visualisierungsmit tel als Datenbrille ausgebildet sind.
Description:
Beschreibung Bedien-und Beobachtungssystem mit Augmented Reality- Techniken Die Erfindung betrifft ein Bedien-und Beobachtungssystem fur eine automatisierungstechnisch gesteuerte Anlage und/oder ei- nen automatisierungstechnisch gesteuerten Prozess.

Ein derartiges System und Verfahren kommt beispielsweise im Bereich der Automatisierungstechnik, bei Produktions-und Werkzeugmaschinen, bei Diagnose-/Serviceunterstützungssyste- men sowie für komplexe Komponenten, Geräte und Systeme, wie beispielsweise Fahrzeuge und industrielle Maschinen und Anla- gen zum Einsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bedien-und Be- obachtungssystem anzugeben, das es auch bei komplexen Aufga- ben auf einfache Weise einen vielseitigen Einsatz ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch System bzw. durch ein Verfahren mit den in den Ansprüchen 1 bzw. 5 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für das Be- dienen und Beobachten eines Prozesses oder einer Anlage häu- fig eine Vielzahl von Anzeigemitteln und-instrumenten erfor- derlich ist. Dies erfordert einen relativ hohen Hardwareauf- wand. Zudem leidet häufig die Übersichtlich beim Bedienen- und Beobachten, wenn der Verantwortliche eine Vielzahl von Anzeigen beobachten und kontrollieren soll. Mit Hilfe der mo- bilen Anzeigemittel, beispielsweise in Form einer Datenbrille wird erreicht, daß dem Verantwortlichen jeweils aktuelle In- formationsdaten auf ein und derselben Anzeigevorrichtung, nämlich auf der Datenbrille visualisiert werden. Die Visuali- sierung bestimmter Prozessdaten, Signale etc. kann dabei ent- weder in Abhängigkeit vorgebbarer Ablaufdaten und/oder ge- zielt dadurch erfolgen, daß der Bediener und Beobachter einer

Anlage und/oder eines Prozesses einen bestimmten Bereich oder Teilbereich der Anlage bzw. des Prozesses betrachtet. Mit Hilfe der Augmented-Reality-Techniken werden abhängig von dem betrachten Bereich bzw. Teilbereich bestimmte Informationsda- ten visualisiert. So kann beispielsweise beim Betrachten ei- nes Ventils eine Anzeige"Ventil geschlossen"ggf. ergänzt durch einen Druckwert ausgegeben werden. Die Ausgabe erfolgt dabei auf dem Anzeigemittel und kann beispielsweise durch ei- ne Sprachausgabe ergänzt werden. Durch die multifunktionale Anzeigevorrichtung in Form der Datenbrille kann eine Vielzahl ansonsten erforderlicher separater Anzeigemittel eingespart werden. Auf der Datenbrille können beispielsweise auch Füll- mengen eines Tanks, einer Leitung etc. vor Ort virtuell vi- sualisiert werden, die ansonsten nicht zugänglich sind. Durch Sprache oder Fingerzeig ist eine multimodale Kommunikation, z. B. durch Sprache und/oder Fingerzeig mit den Komponenten des Prozesses möglich. Mit Hilfe der AR-Techniken (Augmented- Reality-Techniken) werden Objekte gesehen und identifiziert.

Diese Realität kann in Abhängigkeit dieser realen Informatio- nen dann um virtuelle Informationen erweitert werden.

Bei den Informations-und/oder Dokumentationsdaten kann es sich beispielsweise um bei der Errichtung einer Anlage, eines automatisierungstechnisch gesteuerten Systems oder Prozesses erstellte und gesammelte Daten und/oder auch im Betrieb einer Anlage oder eines Automatisierungssystems nach vorgebbaren Kriterien gepflegte und jeweils aktualisierte Do- kumentationsdaten handeln. Diese Dokumentationsdaten können auf Speichermittel gespeichert sein, die sowohl lokal, d. h. am Ort der jeweiligen Anwendung oder auch an jedem beliebig anderen Ort, beispielsweise am Ort der jeweiligen Hersteller- firmen der einzelnen Anlagenkomponenten, gespeichert werden.

Mit Hilfe der Erfassungsmittel werden beispielsweise aus ei- nem Bildinhalt die realen Informationen erfaßt und über die Auswertemittel ausgewertet, so daß eine Zuordnung der realen Objekte zu in den Dokumentationsdaten gespeicherten Objektda-

ten möglich wird. Anhand der realen Informationsdaten, bei- spielsweise in Form eines detektierten Objekts werden dann insbesondere automatisch die zusätzlichen in dem Dokumenta- tionsdaten enthaltenen Objektdaten ausgewählt und beispiels- weise für Servicezwecke vor Ort zur Verfügung gestellt. Hier- durch wird ein situationsgerechter schneller Zugang zu den jeweils benötigten Daten ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, daß die Dokumen- tationsdaten statische und/oder dynamische Informationsdaten sind. Beispiele für derartige statische Informationen sind technische Daten aus Handbüchern, Explosionszeichnungen, War- tungsanweisungen etc.. Beispiele für dynamische Informationen sind Prozeßwerte wie Temperatur, Druck, Signale etc.

Ein schneller situationsgerechter Zugang zu den Dokumentati- onsdaten wird dadurch weiter unterstützt, daß die Erfassungs- mittel eine Bildaufnahmevorrichtung aufweisen, daß die Aus- wertemittel zur Auswertung der realen Information in der Wei- se vorgesehen sind, daß aus der realen Information ein Eisatzkontext, insbesondere ein Objekt der Dokumentationsda- ten ermittelt wird und daß das System Visualisierungsmittel zur Visualisierung der Dokumentationsdaten aufweist.

Ein schneller situationsgerechter Zugang zu den Dokumentati- onsdaten wird dadurch weiter unterstützt, daß die Erfassungs- mittel anwendergesteuert sind und insbesondere als sprachge- steuerte Erfassungsmittel und/oder durch Steuerdaten gesteu- erte Erfassungsmittel ausgebildet sind.

Ein für viele Anwendungsfälle optimaler Einsatz von Augmen- ted-Reality-Techniken auf Basis der statischen und/oder dyna- mischen Dokumentations-und/oder Prozeßdaten kann in der Wei- se erfolgen, daß die Erfassungsmittel und/oder die Visuali- sierungsmittel als Datenbrille ausgebildet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er- läutert.

Es zeigen : FIG 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei- spiels eines Augmented-Reality-Systems, FIG 2 ein weiteres Blockschaltbild eines Ausführungsbei- spiels eines Augmented-Reality-Systems und FIG 3 ein Anwendungsbeispiel für einen situationsgerech- ten Zugriff auf Expertenwissen und/oder Dokumenta- tionsdaten.

Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Augmented- Reality-Systems zur Übertragung von ersten Informationsdaten von einem ersten Ort 01 an einen entfernten zweiten Ort 02 eines Experten für eine Unterstützung eines Anwenders am er- sten Ort 01 beispielsweise im Service-und/oder Reparaturfall durch den entfernten Experten am zweiten Ort. Der Anwender, der in Figur 1 nicht explizit dargestellt ist, ist mit mobi- len Geräten 4,6 ausgestattet. Die mobilen Geräte 4,6 bein- halten eine Datenbrille 4, an der eine Videokamera 2 sowie ein Mikrofon 11 angeordnet ist. Die Datenbrille ist mit einer Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation, beispielsweise ei- ner Funk-Sende-Empfangsvorrichtung 6 gekoppelt, die über eine Funkschnittstelle 15 mit dem Automatisierungssystem Al.. An kommunizieren kann. Das Automatisierungssystem Al.. An ist aber eine Datenverbindung 14 mit einem Augmented-Reality- System 10 koppelbar, welches im folgenden auch abkürzend als AR-System bezeichnet wird. Das AR-System enthält ein Informa- tionsmodul 1b zur Speicherung bzw. zum Zugriff von bzw. auf Informationsdaten, ein AR-Basismodul 8 sowie ein AR- Anwendungsmodul 9. Das AR-System 10 ist über eine Datenver- bindung 13 mit dem Internet 5 verbindbar, wobei über eine

beispielhaft dargestellte Internetverbindung 12 ein Zugriff auf weitere Speicher-und Dokumentationsdaten la möglich ist.

Der Anwender, der mit der Datenbrille 4 und der mobilen Funk- Sende-Einrichtung 7 ausgestattet ist, ist in der Lage, sich für Wartungs-und Servicezwecke in der Anlage Al.. An frei zu bewegen. Ist beispielsweise die Wartung oder Reparatur einer bestimmten Teilkomponente der Anlagen Al.. An erforderlich, so wird mit Hilfe der Kamera 2 der Datenbrille 4 gegebenenfalls gesteuert durch Sprachkommandos, die vom Mikrofon 11 erfaßt werden, ein entsprechender Zugang zu den relevanten Dokumen- tationsdaten la, 1b hergestellt. Hierzu wird aber die Funk- schnittstelle 15 eine Datenverbindung zur Anlage Al.. An oder einem entsprechenden Funk-Sende-Modul aufgebaut und die Daten an das AR-System 10 übermittelt. Im AR-System erfolgt eine situationsgerechte Auswertung der vom Anwender erhaltenen Da- ten und ein automatischer oder auch ein interaktiv vom Anwen- der gesteuerter Zugriff auf Inforamtionsdaten la, lb. Die er- mittelten relevanten Dokumentationsdaten la, lb, werden über die Datenverbindungen 14,15 an die Funk-Sende-Einrichtung 6 übermittelt und insgesamt erfolgt auf Basis der erfaßten Ar- beitssituation somit eine Analyse, die Grundlage für die Aus- wahl von Daten aus der vorliegenden statischen Information ist. Hierdurch ergibt sich eine situationsgerechte, objekt- orientierte bzw. bauteilorientierte Auswahl relevanten Wis- sens aus den aktuellsten Datenquellen la, lb. Die Anzeige der Information erfolgt mit Hilfe der jeweils verwendeten Visua- lisierungskomponente, beispielsweise einem Handheld-PC oder einer Datenbrille. Von AR-basierten Technologien gesprochen wird. Der Anwender vor Ort wird somit lediglich mit der In- formation versorgt, die er braucht. Diese Information befin- det sich jeweils auf dem aktuellsten Stand. Der Servicetech- niker wird beispielsweise nicht durch ein"100 Seiten-Manual" mit Informationen überfrachtet.

Figur 2 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel eines Systems zur Dokumentationsverarbeitung für Service und Wartung. Das

System besteht aus einem Augmented-Reality-System 10, welches ein Informationsmodul 1b zur Speicherung von Informationsda- ten, ein AR-Basissystem 8 sowie ein AR-Anwendungsmodul 9 ent- hält. Das AR-System 10 ist über Bindungsleitungen 13,18 ans Internet 5 ankoppelbar. Von dort besteht über eine beispiel- hafte Datenverbindung 12 eine Verbindungsmöglichkeit zu einem entfernten PC 16 mit einem entfernten Experten 22. Die Kopp- lung zwischen den einzelnen Modulen des AR-Systems 10 erfolgt über Verbindungen 19,20,21. Die Anwenderkommunikation zwi- schen einem Anwender 7 und dem AR-System erfolgt über Schnittstellen 8,23. Hierzu ist das AR-System mit einer Sen- de-Empfangs-Vorrichtung koppelbar, die eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen dem AR-System 10 und dem Anwender 7 über eine Datenbrille 4 entweder direkt über die Schnitt- stelle 8 oder über ein im Bereich des Anwenders 7 angeordnete Funk-Sende-Empfangseinrichtung 17 über eine Schnittstelle 23 ermöglicht. Die Verbindung 23 kann über eine separate Daten- verbindung oder über das Stromnetz als"Power-Line"-Modem realisiert werden. Die Datenbrille 4 enthält neben einer im Bereich der Brillengläser angeordneten Anzeigevorrichtung ei- ne Bilderfassungsvorrichtung 2 in Form einer Kamera sowie ein Mikrofon 11. Der Anwender 7 kann sich mit Hilfe der Daten- brille 4 im Bereich der Anlagen Al.. An bewegen und Service- oder Wartungsarbeiten durchführen.

Mit Hilfe der Datenbrille 4 und der entsprechenden Funk- Sende-Empfangsvorrichtungen, beispielsweise der Funk-Sende- Empfangsvorrichtung 17, die vom Personal direkt am Körper ge- tragen wird, ist es möglich vorbeugende Funktionalität zu er- reichen : Zunächst erfolgt die Erfassung der jeweiligen Ar- beitssituation, beispielsweise durch die Kamera 2 oder durch Lokalisierung durch das Personal 7. Auf Basis der erfaßten Arbeitsssituation erfolgt im AR-System eine Auswahl von Daten gewarteten Anlage Al.. An. Der grundlegende Vorteil des in Fi- gur 3 dargestellten Systems besteht darin, daß dieses System das Zusammenwirken der einzelnen Einzelfunktionalitäten an- wendungsgerecht unterstützt : So wird zunächst eine konkrete

Arbeitssituation automatisch erfaßt, diese Arbeitssituation anschließend analysiert, wobei aus der aktuellsten, vorlie- genden statischen Information in Kombination mit den augen- blicklich erfaßten dynamischen Daten automatisch die gerade relevanten Aspekte ermittelt werden. Hierdurch werden bei- spielsweise Montagehinweise mit aktuellen Prozeßdaten korre- liert. Das Personal 7 erhält hierdurch eine situationsgerech- te Anzeige der relevanten Informationen beispielsweise durch eine überlagerte Visualisierung der entsprechenden Daten in der Weise, daß im Sichtfeld des Personals die reale Arbeits- situation um die ermittelten Informationen erweitert wird.

Hierdurch wird das Personal 7 in kürzester Zeit handlungsfä- hig gemacht und damit notwendige Maschinenlaufzeiten gesi- chert. Unterstützung kann der Wartungstechniker 7 vor Ort auch über den entfernten Experten 22 und das am Ort des ent- fernten Experten 22 vorliegende Wissen 16 erhalten.

Figur 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel für einen situationsge- rechten Zugriff auf Dokumentationsdaten. Figur 3 zeigt einen ersten Bildschirmbereich B1, in dem eine Anlagenkomponente dargestellt ist. Im rechten Bildschirmbereich B2 ist ein An- wender 7 dargestellt, der beispielsweise eine einzelne Anla- genkomponente betrachtet. Der Anwender 7 ist mit einer Daten- brille 4 augerüstet, die eine Kamera 2 als Erfassungsmittel enthält. An der Datenbrille 4 ist darüber hinaus ein Mikrofon 11 sowie ein Lautsprecher 16 angeordnet. Im linken Bild- schirmbereicht B1 ist ein Blick auf Rohrleitungen darge- stellt, die mit der im Bildfenster B2 dargestellten Daten- brille betrachtet werden können. Im linken Bildschirmbereich B1 sind zwei Punkte B1, B2 markiert, die jeweils zwei mit Hilfe der Datenbrille 4 betrachtete Bildausschnitte repräsen- tieren. Nach Betrachtung des ersten Punkts P1, d. h. nach Be- trachtung der im Bereich des Punktes P1 angeordneten Rohrlei- tung werden dem Anwender 7 Zusatzinformationen in der Daten- brille 4 visualisiert. Diese Zusatzinformationen 11 bestehen aus Dokumentationsdaten, die bezüglich des ersten Punktes P1 Arbeitsanweisungen für dieses Rohrstück enthalten und bezüg-

lich des Punktes P2 die in einem zweiten Schritt durchzufüh- rende Installationsanweisung beinhalten. Die Installationsan- weisung besteht in diesem Fall darin, daß dem Anwender 7 das Drehmoment und die Drehrichtung der Schraubverbindung des Punktes P2 über die Visualisierung der Zusatzdaten I12 mitge- teilt werden. Der Anwender 7 erhält somit innerhalb kürzester Zeit eine situationsgerechte Anweisung für das betrachtete Objekt. Bei der Verwendung eines intelligenten Werkzeugs, welches in der Lage ist, das gerade eingesetzte Drehmoment zu erfassen, ist es weiterhin möglich, daß der Anwender basie- rend auf dem aktuellen Drehmoment auch dazu aufgefordert wird, daß Drehmoment entsprechend zu erhöhen oder zu verrin- gern.

Im folgenden werden Hintergrundinformationen zu Einsatzgebiet der Erfindung gegeben : Es geht dabei um eine anwendungsorien- tierte Anforderungsanalyse und Entwicklung von AR-basierten Systemen zur Unterstützung von Arbeitsprozessen in Entwick- lung, Produktion und Service komplexer technischer Produkte und Anlagen in der Fertigungs-und Verfahrenstechnik, sowie für Systeme zur Serviceunterstützung wie bei Kraftfahrzeugen oder für die Wartung beliebiger technischer Geräte.

Augmented Reality, kurz AR, ist eine neue Art der Mensch- Technik-Interaktion mit großem Potential zur Unterstützung von industriellen Arbeitsprozessen. Bei dieser Technologie wird das Sichtfeld des Betrachters mit rechnergenerierten virtuellen Objekten angereichert, so daß Produkt-bzw. Pro- zeßinformationen intuitiv genutzt werden können. Neben der sehr einfachen Interaktion erschließt der Einsatz tragbarer Computer AR-Anwendungsfelder mit hohen Mobilitätsanforde- rungen, wenn beispielsweise Prozeß-, Meß-oder Simulationsda- ten an das reale Objekt geknüpft werden.

Die Situation der deutschen Industrie ist durch steigende Kundenanforderungen an Individualität und Qualität der Pro-

dukte sowie durch eine wesentliche Zeitverkürzung der Entste- hungsprozesse gekennzeichnet. Insbesondere in Entwicklung, Produktion und Service komplexer technischer Produkte und An- lagen können mit innovativen Lösungen für die Mensch-Technik- Interaktion sowohl Effizienz-und Produktivitätssprünge er- zielt werden, als auch die Arbeit kompetenz-und lernförderl- ich gestaltet werden, indem der Wissens-und Informationsbe- darf der Benutzer auf der Basis ohnehin vorliegender Daten situationsgerecht unterstützt wird.

Augmented Reality ist eine Technologie mit einer Vielzahl in- novativer Anwendungsfelder : * So kann z. B. in der Entwicklung ein"Mixed Mock-Up"-Ansatz auf der Grundlage einer gemischt-virtuellen Umgebung die frühen Entwicklungsphasen deutlich beschleunigen. Gegenü- ber immersiven, d. h. eintauchenden,"Virtual Reality"- (VR)-Lösungen besteht für den Benutzer ein wesentlicher Vorteil darin, daß die haptischen Eigenschaften mit Hilfe eines realen Modells naturgetreu abgebildet werden können, hingegen Aspekte der visuellen Wahrnehmung, z. B. für An- zeigenvarianten, virtuell manipulierbar sind. Darüber hin- aus besteht ein großes Potential zur benutzerorientierten Validierung rechnergestützter Modelle, z. B. für die Bau- teilverifikation oder bei Crash-Tests.

* In der flexiblen Produktion kann unter anderem das Ein- richten von Maschinen für qualifizierte Facharbeiter we- sentlich erleichtert werden, indem, z. B. durch mobile AR- Komponenten, gemischt-virtuelle Spannsituationen direkt im Sichtfeld wiedergegeben werden. Eine facharbeitergerechte Fertigungsplanung und Fertigungssteuerung in der Werkstatt wird erleichtert, wenn Informationen aber den jeweiligen Auftragsstatus direkt in Verbindung mit den dazugehörigen Produkten vor Ort wahrgenommen werden. Das gleiche gilt auch für die Montage, wobei dem Monteur bereits in der Trainingsphase die einzelnen Arbeitsschritte gemischt-vir- tuell präsentierbar sind. In diesem Zusammenhang können, z. B. durch den Vergleich realer Montageabläufe mit Simula-

tionsergebnissen, umfassende Optimierungen erreicht wer- den, die sowohl die Qualität der Arbeitsplanung verbessern als auch den Montageprozeß in der kritischen Anlaufphase vereinfachen und beschleunigen.

Letztlich genügen im Service herkömmliche Technologien kaum mehr, um die komplexen Diagnose-und Behebungsproze- duren zu unterstützen und zu dokumentieren. Da diese Pro- zesse in vielen Bereichen aber ohnehin auf Basis von digi- talen Daten geplant werden, bieten AR-Technologien die Möglichkeit, die Informationsquellen für die Wartung zu übernehmen und einem Techniker, z. B. in der Datenbrille, durch die Überlagerung mit realen Objekten den Ausbauvor- gang zu erläutern. Mit Bezug auf kooperative Arbeit ermög- licht das AR-gestützte"Fernauge"eine verteilte Problem- lösung, indem ein entfernter Experte mit dem Mitarbeiter vor Ort über globale Distanzen hinweg kommuniziert. Dieser Fall ist besonders für die überwiegend mittelständischen Werkzeugmaschinenhersteller relevant. Sie sind durch die Globalisierung gezwungen, Produktionsstätten ihrer Kunden weltweit zu errichten. Jedoch ist eine Präsenz von Nieder- lassungen in allen wichtigen Märkten weder aus wirtschaft- lichen Gründen realisierbar, noch kann auf das profunde Wissen erfahrener Service-Mitarbeiter des Stammhauses bzgl. der zunehmend komplexer werdenden Anlagen verzichtet werden.

Die Besonderheit in der Mensch-Technik-Interaktion bei Aug- mented Reality liegt in einer sehr einfachen und intuitiven Kommunikation mit dem Computer, beispielsweise ergänzt durch multimodale Interaktionstechniken wie Sprachverarbeitung oder Gestikerkennung. Die Verwendung von tragbaren Com- putereinheiten ermöglicht darüber hinaus völlig neue mobile Nutzungsszenarien, wobei die spezifischen Daten jederzeit über ein drahtloses Netz angefordert werden können. Neue Vi- sualisierungstechniken erlauben eine direkte Annotation, z. B. von Meß-oder Simulationsdaten, an das reale Objekt oder in die reale Umgebung. In Verbindung mit verteilten Anwendungen sind mehrere Benutzer in der Lage, in einer realen Umgebung

mit Hilfe einer gemeinsamen Datenbasis zu arbeiten (shared augmented environments) oder in verschiedenen Umgebungen AR- gestützt zu kooperieren.

Augmented Reality wird erst seit wenigen Jahren intensiv er- forscht. Deshalb finden sich sowohl auf nationaler als auch internationaler Ebene nur wenige Anwendungen, zumeist in Form von wissenschaftlichen Prototypen bei Forschungseinrich- tungen.

* USA : Wie bei vielen neuen Technologien wurden die Nutzungspotentiale von Augmented Reality zuerst in Nordamerika erschlossen. Beispiele sind die Cockpit- gestaltung oder die Wartung von mechatronischen Gerä- ten. Der Flugzeughersteller Boeing hat bereits erste Feldversuche im Bereich der Montage mit AR-Technolo- gien unternommen. Ergebnis ist, daß den USA auch in diesem Hightech-Bereich eine Schlüsselstellung zu- kommt, die mit einer möglichen Technologieführer- schaft einhergeht.

* Japan : In Japan werden verschiedene AR-Entwicklungen vorangetrieben, z. B. zur gemischt-virtuellen Gebäude- planung, Telepräsenz oder"Cyber-Shopping". Keimzelle ist das 1997 gegründete Mixed Reality Systems Labora- tory, das als Kompetenzzentrum gemeinsam von Wirt- schaft und Wissenschaft getragen wird. Besondere Im- pulse im Konsumgüterbereich sind zukünftig durch die japanische Industrie für Unterhaltungselektronik zu erwarten.

* Europa : In Europa sind bislang nur sehr wenige For- schergruppen im AR-Bereich tätig. Eine Gruppe an der Universität Wien befaßt sich mit Ansätzen für die ge- mischt-reale Visualisierung. Die Gruppe des IGD hat im Rahmen des inzwischen ausgelaufenen ACTS-Projektes CICC erste Anwendungen für die Bauindustrie und einen wissenschaftlichen Prototypen zur Mitarbeiterschulung im Automobilbau entwickelt.

Die im Erfindung versteht sich insbesondere im speziellen Kontext der Anwendungsfelder"Produktions-und Werkzeugma- schinen" (NC-gesteuerte, automatisierungstechnische Prozesse) sowie"Diagnose-/Serviceunterstützungssysteme für komplexe technische Komponenten/Geräte/Systeme" (z. B. Fahrzeuge, aber auch industrielle Maschinen und Anlagen).

Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht in einer Einsparung von Anzeigeinstrumenten dadurch, daß AR-Basistechnologien für das Bedienen und Beobachten von Systemen und Anlagen genutzt werden. Mit Hilfe dieser AR-Basistechnologien ist es möglich, Objekte zu sehen und zu identifizieren/Kombination aus Se- lektieren und Realitätserweiterung um virtuelle Information Einblenden von Prozeßwerten in mobil einsetzbaren Geräten zur Visualisierung. Dabei erfolgt eine multi-modale Interaktion wie Sprache, Fingerzeig, etc.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit ein Bedien-und Beobachtungssystem, bei dem neben realen Informationen eines Pozesses, beispielsweise eines Automatisierungssystems virtu- elle Informationen ergänzt und auf einem mobilen Anzeigegerät visualisiert werden. Hierdurch können beispielsweise Füllmen- gen eines Tanks, einer Leitung etc. vor Ort virtuell visuali- siert werden, die ansonsten nicht zugänglich sind. Durch Sprache oder Fingerzeig ist eine multimodale Kommunikation mit den Komponenten des Prozesses möglich.