Einsatz der Augmented Reality in der Logistik

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1 Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Dipl.-Ing. Rupert Reif , CeMAT, Campus Intralogistik fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München

2 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrie Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 2

3 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrie Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 3

4 Campus Garching Fakultät Maschinenwesen Lehrstuhl fml fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik 42 Mitarbeiter 18 Planstellen 24 Drittmittelstellen Aufgaben Forschung Lehre Industrieprojekte 4

5 Forschungsprofil Arbeitsgebiete: Automatisierung & Identifikation Berechnung & Auslegungsverfahren Digitale Werkzeuge & Simulation Methoden & Konzepte Forschungsschwerpunkte: Wandelbare Materialflusssysteme Internet der Dinge RFID in der Logistik Virtual und Augmented Reality Logistikplanung Automobillogistik Baulogistik Fördermittel der Intralogistik Lager- & Komissioniersysteme Kranbau & Tragwerksberechnung FEM & MKS-Berechnungsverfahren Schüttgutförderung 5

6 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrie Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 6

7 Virtuality Continuum von Milgram Mixed Reality Real Environment Augmented Reality Augmented Virtuality Virtual Reality Einordnung von Virtual und Augmented Reality auf dem Reality Virtuality Continuum von Milgram. 7

8 Definition Augmented Reality Augmented Reality Erweiterte Realität Entwicklung von AR aus VR Erweiterung der Realität um rechnergenerierte virtuelle Informationen Interpretation kontextbezogene Bereitstellung, d.h. zur richtigen Zeit, am richtigen Ort Interaktion in Echtzeit Interpretation der Szene aus realer und virtueller Welt als eine Einheit Integration in die Sinneswahrnehmung des Benutzers Interaktion Integration 8

9 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrie Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 9

10 Funktionsweise eines AR-Systems Kamera Datenbank Referenzgeometrie Ausgabegerät virtuelle Objekte in Abh. ihrer Position situationsgerechte Informationen x, y, z-position, Orientierung Anwender und /oder Objekt virtuelle Objekte in in der realen Welt Szenengenerator Trackingsystem 10

11 Visualisierungstechniken monitorbasierte Systeme Datenbrillen Look-Through-HMD Video-See-Through HMD Optical-See-Through HMD Quelle: Trivisio Quelle: Sony Zukunftsvisionen Kontaktlinsendisplays transparente Displays Look-Around-HMD Quelle: University of Washington Quelle: microvision Quelle: microoptical 11

12 Trackingsysteme Trackingsysteme akustisches Tracking elektromagnetisches Tracking inertiales Tracking mechanisches Tracking optisches Tracking Tracking über Funk hybride Trackingsysteme geeignete Systeme für den industriellen Einsatz optische Trackingsysteme sind für den industriellen Einsatz am besten geeignet infrarotbasierte oder (markerbasierte) Videosysteme ihre Leistungsfähigkeit lässt sich in Kombination mit anderen Systemen (Funk, inertial) weiter steigern 12

13 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrie Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 13

14 Potenziale und Grenzen AR als unterstützendes Medium zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter Reduzierung der Suchzeiten nach Informationen (z.b. bei HMD-Einsatz) Parallelisierung von Haupt- und Nebentätigkeiten (z.b. bei HMD-Einsatz) Kombination der Vorteile moderner Rechnersysteme mit der Flexibilität, dem Problemlösungspotenzial, der Urteilsfähigkeit und der Kreativität des Menschen Kollisionserkennung von realen mit virtuellen Objekten + Fehlen von alltagstauglicher Hardware (Ergonomie, Einsatz im industriellen Umfeld) unzureichend ergonomische Gestaltung der HMDs (Tragekomfort, Gewichtsverteilung) hohe Anforderungen an das Trackingsystem (Rendering: Zusammenbringen von realen und virtuellen Objekten) Prozessintegration, Kopplung mit Standardsoftware, Planungs-, Simulationstools schwer zu quantifizierender Nutzen und Aufwand durch den Einsatz von AR _ 14

15 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrielle Anwendungen Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 15

16 Anwendungen Computerspiele Medizin Quelle: CAMP Quelle: Sony virtuelle Produktpräsentation Einrichtungsplanung Quelle: metaio Quelle: metaio 16

17 industrielle Anwendungen Montage Wartung und Service Prototypenbau Quelle: metaio Quelle: BMW Produktionsplanung Design Quelle: metaio Quelle: fml 17

18 Agenda Einsatz der Augmented Reality in der Logistik Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Übersicht Forschungsgebiete Begriffserklärung Abgrenzung zur Virtual Reality Definition von Augmented Reality Aufbau von Augmented Reality Systemen allgemeiner Aufbau Visualisierungstechniken Trackingsysteme Potenziale der Augmented Reality Technologie Vorteile Nachteile verschiedene Augmented Reality Anwendungen Freizeit Industrie Augmented Reality Anwendungen in der Logistik Logistikplanung Kommissionierung 18

19 Roivis: AR in der Planung (1) Planung erfolgt in der realen Fertigungsumgebung Restriktionen der realen Umwelt können erfasst werden (z.b. Lärm, Raumverhältnisse, Kollisionen) Integration der Beteiligten vor Ort (z.b. Werker, Montagemitarbeiter, Instandhalter) Vorteil gegenüber ortsfesten VR-Planungssystemen Ablauf virtuellen Layout- oder Komponentenentwurf am Rechner vorbereiten Analyse bestehender Strukturen vor Ort und Abgleich bzw. Anpassung an den aktuellen Planungsstand Aufnahme der Fotos vor Ort Kombination der Fotos mit den virtuell geplanten Komponenten am Rechner 19

20 Roivis: AR in der Planung (2) Vorteil von AR in der Planung Eine Einschränkung virtueller Planungstechniken wird aufgehoben, denn AR braucht kein 3D- Modell von bestehenden Strukturen (z.b. Halle) Kosten- und Zeitreduktion sowie geringe erforderliche Rechenleistung kein ständiges Aktualisieren und konsistent Halten der Modelle nötig 20

21 Pick-by-Vision Augmented Reality unterstützte Kommissionierung Kurzbeschreibung Datenbrille als Anzeigegerät kontextabhängige Einblendung aller für den Kommissioniervorgang notwendigen Daten Kommunikation über ein Interaktionsgerät (z.b. Touchpad am mobilen PC, Armtastaturen oder durch Spracheingabe) Datenaustausch mit dem übergeordneten System (z.b. WMS) online über eine Funkverbindung (z.b. WLAN) Lagerort 1 B 05 Artikel F0001 Menge 5 21

22 Pick-by-Vision subjektive Belastungsfaktoren Evaluierung im Labortest Vergleich mit Kommissionierliste und Pick-by- Voice-System Referenzszenario in der Versuchshalle des Lehrstuhls fml Auswertung der Kommissionierfehler und zeiten Erstellung und Auswertung von Fragebögen zu jeder Versuchsreihe in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für pädagogische Psychologie der LMU sehr niedrige kognitive Belastung bei Pick-by- Vision graphische Unterstützung bei Pick-by-Vision wirkt sich gegenüber Pick-by-Voice sehr positiv aus (mehr Motivation, benutzerfreundlicher, keine Einschränkung bei der Sicht, besserer Eindruck). Die Benutzerfreundlichkeit ist der wichtigste Aspekt, der über den Erfolg eines Systems entscheidet (Lernerfolg, Motivation). Kognitive Belastung 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 1,87 3,11 1,60 Kommissionierliste Pick-by-Voice Pick-by-Vision Benutzerfreundlichkeit 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 3,21 Pick-by-Voice 4,09 Pick-by-Vision 22

23 Pick-by-Vision logistische Kennzahlen Kommissionierfehler Die Kommissionierfehlerrate bei den visuell unterstützen Systemen war deutlich geringer als bei Pick-by-Voice, aber höher wie bei der Pickliste. Bei Pick-by-Vision von Anfang an niedrige Fehlerrate. Kommissionierzeit Kommissionierfehler [min] ,39 10,02 9,42 Kommissionierliste Pick-by-Voice Pick-by-Vision [%] 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 6,79 2,01 0,56 Kommissionierliste Pick-by-Voice Pick-by-Vision Kommissionierzeit Die Kommissionierleistung war bei Pick-by-Vision etwas höher als bei Pick-by-Voice, aber geringer als bei der Kommissionierliste. Die Sprachsteuerung war eine der Hauptursachen für die hohen Kommissionierzeiten. In dem kleinen Versuchslager war der Wegzeitanteil sehr gering, so dass der Vorteil der Parallelisierung von Vorgängen nicht zur Geltung kam. Die Basiszeit war mit den beleglosen Systemen deutlich geringer. 23

24 Pick-by-Vision Evaluierung mit einer MTM-Analyse Ergebnisse Referenzszenario: 1 Auftrag mit 7 Positionen, der in einem Fachbodenregallager mit einem Kommissionierwagen abgearbeitet wird Pick-by-Voice: viele Standzeiten, da die Sprachausgabe mit den kurzen Wegzeiten nicht parallelisiert werden kann Wiederholungen erhöhen die Zeit pro Position erheblich Pick-by-Vision: verbindet die Vorteile der anderen beiden Verfahren (hands-free und Informationen stehen immer zur Verfügung) keine Berücksichtigung von ergonomischen und psychologischen Gesichtspunkten Papierliste Pick-by-Voice* Pick-by-Vision* Gesamtzeit 1:39 min 1:54 min 1:35 min Zeit pro Position 14 sek 16 sek 13 sek Zeit zum Login - 20 sek 23 sek * ohne Berücksichtigung von Wiederholungen von Sprachein- und ausgaben (ca. 200 TMU = ca. 7 sek mehr für Wiederholung eines Befehls bei Pick-by-Voice) 24

25 Einsatz eines Trackingsystems - Visualisierungen Voruntersuchungen hinsichtlich der Visualisierung durchgeführt vom Lehrstuhl für Informatikanwendungen in der Medizin & Augmented Reality Versuchsreihen zur optimalen 3D-Darstellung Pfeil mit Gummibandmetapher zur Blickführung Pfeile zum Gassenwechsel in Augenhöhe oder am Boden Rahmen um das Lagerfach verschiedene Arten von Tunnel mit Kreisen oder Rechtecken Anzahl und Abstand der Elemente transparente und untransparente Elemente 25

26 Einsatz eines Trackingsystems - Aufbau aktueller Stand implementierter Kommissionierprozess Anmeldung am System Auswählen des Auftrags Sammelbehälter aufnehmen Anzeige des Lagerplatzes und der Position? Abgabe Fehlermanagement (Mengenfehler) keine Kopplung an das WMS (Lagerinhalt und Aufträge über xml-dateien) Interaktionsgerät: Dreh-/Drückknopf, Spracheingabe soll noch realisiert werden zwei Lagerumgebungen fml-versuchshalle (Szenario 1) Lager aus Sichtlagerkästen im AR-Labor (Szenario 3) 26

27 Ansprechpartner Dipl.-Ing. Rupert Reif Tel.: +49 (0)89 / reif@fml.mw.tum.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. Willibald A. Günthner Technische Universität München Boltzmannstraße Garching bei München 27