Visual Components an der FHTW : Fit für die digitale Zukunft

Um unseren Wohlstand langfristig zu sichern, braucht die europäische Industrie exzellent ausgebildete Techniker und Ingenieure, die auf die zukünftigen Anforderungen in den Gebieten Produktentwicklung und Fertigung vorbereitet sind. Österreich hat die Zeichen der Zeit früh erkannt und 1994 die FH Technikum Wien (FHTW) als Fachhochschule für Technik und Digitalisierung gegründet. Seit ihrer Gründung hat die FHTW 13.000 Absolvent*innen hervorgebracht. Aktuell werden mehr als 4.500 Studierende in 30 Bachelor- und Master-Studiengängen zu Spitzenkräften für die Wirtschaft ausgebildet. Die Bachelor- und Masterstudiengänge reichen von Fächern wie Maschinenbau über Mechatronik/Robotik und Informationstechnologie bis zur Wirtschaftsinformatik.

In der Produktionstechnik werden Themen wie flexible Fertigung, digitale Zwillinge von Produktionsanlagen und virtuelle Inbetriebnahme von Fertigungssystemen unterrichtet. Allerdings wurden in der Vergangenheit diese Inhalte meist nur in Vorlesungen vorgetragen, ohne den Studierenden eine Möglichkeit zu geben, die Themen selbst erfahren zu können.

Aufgrund eigener positiver Erfahrungen in der Industrie entschieden sich die Verantwortlichen des Kompetenzfeldes Virtual Technologies and Sensor Systems an der FHTW, für einen moderneren und praxisnäheren Unterricht die Lösung von Visual Components einzusetzen. So wird beispielsweise im Projekt INVIS (Integration Virtueller Systeme) untersucht, wie mit Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und virtuellen Systemen die Fähigkeiten von Studierenden erweitert und das Verständnis der gelehrten Inhalte vertieft werden können.

Visual Components ist eine der weltweit führenden Lösungen für die 3D-Fabrikplanung und -simulation. Mit der Software können Produktionsanlagen mithilfe einer Bibliothek von mitgelieferten, vorgefertigten Fabrikkomponenten entworfen, geplant und simuliert werden. Man kann digitale Zwillinge erstellen – von einzelnen Produktionszellen bis zu kompletten Fabriken; ein solcher digitaler Zwilling ermöglicht die Planung und Optimierung der Produktion und sogar eine virtuelle Inbetriebnahme.

Der Stammsitz von Visual Components ist in Finnland; die Software wird weltweit in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt, vom Maschinenbau über die Automobilindustrie bis zur Verpackungsindustrie und Logistik. Da es unterschiedliche Ausbaustufen der Software gibt, ist Kauf oder Miete auch für kleinere Unternehmen erschwinglich. Und für Bildungseinrichtungen gibt es besonders attraktive Konditionen.

In den Laborübungen wird Visual Components für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt. Bei der Planung des Layouts von vollständigen Produktionsanlagen greifen die Studierenden auf den mitgelieferten eCatalog zu, eine Bibliothek von über 2.700 Fabrikkomponenten wie Maschinen, Förderanlagen und Roboter. Diese werden einfach per Drag-and-Drop auf dem Layout platziert und miteinander verbunden. Sämtliche Komponenten besitzen präzise technische Parameter, z. B. bei Robotern deren Reichweiten und Geschwindigkeiten. So kann ein realistisches Modell der Produktionsanlage aufgebaut und simuliert werden – ein digitaler Zwilling. Mit ihm können Produktionsabläufe simuliert und mithilfe der Statistikfunktionen in Visual Components können unterschiedliche Szenarien analysiert werden, bis ein optimales Layout der Anlage gefunden ist.

Bei den Projektarbeiten an der FHTW sollen Gruppen von jeweils 5 Studierenden eine rein virtuelle Entwicklung von Komponenten, z. B. von Förderbändern durchführen. Hier arbeiten die Studierenden mit SolidWorks, EPLAN, Siemens PLCSIM, Siemens TIA und Visual Components. Nachdem die Einzelteile mit CAD konstruiert wurden, werden sie über die CAD-Schnittstelle, die sämtliche gängigen CAD-Formate lesen kann, in Visual Components importiert. Danach erfolgt die Kinematisierung der CAD-Modelle, also die Definition der translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade. Je nach Schwerpunkt des Projekts werden danach die Möglichkeiten der Verbindung dieser Modelle mit realer oder virtueller SPS und Verhaltensmodellen zur Nutzung von Software- und Hardware-in-the-Loop-Simulationen verwendet. Ebenfalls wird die Möglichkeit von Steuerungsabläufen innerhalb von Visual Components im Rahmen von sogenannten Model-in-the-Loop-Simulationen genutzt.

Im Fall der Entwicklung von Förderbändern wurden diese in der Vergangenheit real aufgebaut, was einen ziemlichen Aufwand verursachte. In den Laborübungen wird Visual Components vor allem zur Veranschaulichung des Themas digitaler Zwillinge von Anlagen im Entwicklungsprozess genutzt, um den Studierenden die Vorteile virtueller Systeme anhand praktischer Erfahrungen näher zu bringen.

Horst Orsolits ist Leiter des Kompetenzfeldes „Virtual Technologies und Sensor Systems“ der Fakultät „Industrial Engineering“. Er ist für virtuelle Technologien (z. B. Augmented Reality, Mixed Reality, Virtual Reality, Digitale Zwillinge, virtuelle Produktentwicklung) sowohl in der Lehre als auch in gemeinsamen Forschungsprojekten mit Industriepartnern verantwortlich. Er beschreibt seine Erfahrungen mit Visual Components: „Wir nutzen die Lösung bereits seit 2020 in der Lehre. Mit Visual Components können wir jetzt Laborübungen veranstalten, die zuvor gar nicht durchgeführt wurden.“

Sein Kollege Robert Fellner, der ebenfalls am Competence Center arbeitet, ergänzt: „Ich kannte Visual Components bereits aus der Industrie. Aufgrund dieser Erfahrungen war mir nach meinem Wechsel an die FHTW bald klar, dass wir Visual Components in der Lehre in verschiedensten Szenarien für uns und unsere Studierenden nutzen wollen.“

Ein wichtiger Vorteil von Visual Components ist die rasche Erlernbarkeit der Software. Die Studierenden werden nach einer kurzen Einschulung auf die Website der „Visual Components Academy“ verwiesen; dort finden sie eine Fülle von Videos, Beispieldaten und anderen Unterlagen, mit denen sie die benötigten Kenntnisse für die Bedienung der Software erlernen können. Typischerweise kommen die Studierenden mit diesen Inhalten gut klar. So können Studierende recht bald ihre Aufgabenstellungen lösen, ohne viel Zeit mit dem Erlernen des Tools verbringen zu müssen.

Robert Fellner: „Am Anfang meiner Lehrtätigkeit und der Projektbegleitungen ließ ich den Studierenden frei, welche Tools sie verwenden möchten. Visual Components bot aufgrund der übersichtlichen Bedienbarkeit, der umfangreichen Online-Seminare und Lernvideos, aber speziell auch aufgrund des Supports durch die Visual Components-Experten die besten Voraussetzungen, um die geplanten Projekte umzusetzen. Wir planen, Visual Components in noch weiteren Gebieten in Forschung und Lehre einzusetzen.“

Horst Orsolits: „Die Nutzung von Visual Components, vor allem für die Themen Smart Manufacturing, Digital Twins oder Industrie 4.0 im Allgemeinen, ermöglicht den Studierenden einen vielfältigen, zum Teil auch ortsunabhängigen Wissenserwerb. Dadurch konnten wir flexibel auf neue Herausforderungen wie z. B. die Pandemie reagieren. Vor allem aber konnten wir Themen wie flexible Fertigung oder digitaler Zwilling bis hin zur virtuellen Inbetriebnahme aufgreifen – genau diese Kenntnisse fordert die Industrie.“

Bildung und Ausbildung sind zentrale Voraussetzungen, um den Wohlstand in Europa zu sichern. Insbesondere müssen Ingenieur*innen und Techniker*innen in die Lage versetzt werden, innovative Produkte zu entwickeln und herzustellen. Aber nicht nur Wissen muss vermittelt werden, sondern es muss auch Begeisterung für Innovation und technischen Wandel geweckt werden. Die FHTW gibt ihren Studierenden diese Fähigkeiten mit auf den Berufsweg und ermöglicht ihnen dadurch einen optimalen Start in ihre Karriere.

Diese Lehrtätigkeiten bilden seit September 2021 ein Teil des Kompetenzteams für Lehre: "Integration virtueller Systeme in die Lehre und Laborübung" (Kurz: INVIS), gefördert von der Stadt Wien (MA 23 - Wirtschaft, Arbeit und Statistik).