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Mobile Computing/Mobile Computing und künstliche Intelligenz (KI) in der Arbeitswelt


20.08.1999 - 

KI-Projekte: Rechnerzwerge als Assistenten für Fertigung und Wartung

Tragbare Miniaturassistenten mit künstlicher Intelligenz sollen künftig den Menschen bei seiner Arbeit begleiten, informieren und sogar anleiten. Um diese Idee zu verwirklichen, suchen Forscher und Unternehmen nach raffinierten Formen der Mensch-Maschine-Interaktion. Johannes Kelch* beschreibt Ideen und Szenarien für den Einsatz des "Mobile Computing" außerhalb des bisherigen Szenarios.

Um in eine Autotür ein Schloß einzubauen, trägt der Werker in der Montagehalle einen Helm mit Datenbrille. Über eine Mini-Kamera an der Brille erkennt auch der assistierende Computer am Gürtel, was der Werker gerade im Blickfeld hat. Der Rechner rekonstruiert Position und Orientierung des Mannes in Relation zur Autotür und "erweitert" so seine Realitätswahrnehmung. Er blendet über die Datenbrille ein pinkfarbenes dreidimensionales virtuelles Türschloß ein, so daß der Arbeiter sieht, wie er das reale Türschloß für den Einbau zu halten hat. Sodann leitet der Rechner den Mann über zeitgenau eingeblendete Informationen an, Schrauben zu lösen, das Schloß in den Schacht zu schieben und die Schrauben anzuziehen.

Das ist noch kein Beispiel aus einem Automobilkonzern, sondern eine prototypische Anwendung, die das Fraunhofer-Institut für grafische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt entwickelt hat. Der Leiter der Abteilung Visualisierung und virtuelle Realität, Stefan Müller, wollte damit die Vorteile der Überlagerung von realer und virtueller Welt zur erweiterten Realität (Augmented Reality = AR) demonstrieren.

Mit ausgeprägter Experimentierfreude wendet sich Ex-Cell-O, Hersteller von Transferstraßen für die Automobilindustrie mit Sitz in Eislingen bei Stuttgart, dieser Art des "Mobile Computing" zu. Nach Auskunft von Geschäftsführer Thomas Koch ist es an einer langen Transferstraße mit zahlreichen Bearbeitungsstationen hilfreich, wenn bestimmte Mitarbeiter über einen körpernah angebrachten Rechner mitgeteilt bekommen, wo Probleme auftreten, welche Ursachen sie haben und wie sie zu beheben sind. Die Prozeßüberwachung sei die "einfachste Anwendung des Mobile Computing" in der Produktion, so Koch.

Bei dem Transferstraßen-Hersteller denkt man bereits weit über diese simple Nutzung eines tragbaren Computers hinaus. Ein "Brainstorming" hat eine weitere vielversprechende Anwendung für Produktionsmaschinen-Hersteller herauskristallisiert. Die meisten Anwender, so Koch, brauchen keinen komplizierten TeleService, sondern eine Art "Hilfe zur Selbsthilfe" vor Ort. Ein tragbarer Computer mit Datenbrille könnte das Bedienungs- und Wartungspersonal durch klare Anweisungen und die Überlagerung von virtueller und realer Welt bei Diagnosen sowie bei Reparaturen und Umrüstungen anleiten.

Ganz anders die Visionen bei VW. Hier soll der tragbare Computer mit Datenbrille eines Tages bei den Crashtests mitmachen. Der für "Virtual Reality" zuständige Projektleiter Peter Zimmermann findet es schon hilfreich, wenn die Ingenieure mit einer halbdurchlässigen Datenbrille vor dem Crash überprüfen, ob alle Aggregate da angebracht sind, wo sie angeordnet sein sollen. Schon die geringste Abänderung, so etwa das Fehlen einer Klimaanlage, wirkt sich negativ auf die Testergebnisse aus.

Eine wirklich gewinnbringende Anwendung sieht Zimmermann jedoch in der Überlagerung von Daten aus der Crashsimulation und realen Aufprallverformungen. Zimmermann wörtlich: "Mit dem Blick durch die Datenbrille lassen sich Crashrechnungen schneller an realen Crashversuchen schärfen, als dies bisher möglich war." Auch die Analyse eines gecrashten Fahrzeugs durch das Einspielen von Meß- und Berechnungsdaten beim Blick auf das absichtlich demolierte Fahrzeug ist nach Darstellung von Zimmermann eine sinnvolle Anwendung. Denn die Ingenieure müßten bei der Analyse von Verformungen "kein Buch mehr aufschlagen", wenn sie das neue Hilfsmittel nutzen.

Bei der DASA in Hamburg will man mit Mobile Computing nicht das gezielte Zerstören, sondern das fehlerlose Produzieren unterstützen. Während der amerikanische Konkurrent Boeing die Kabelverlegung mit Anleitungen durch die Datenbrille vereinfacht, rücken die Hamburger die Rohrleitungsmontage ins Zentrum ihres Interesses. Bernd Lühr, Ingenieur für Luft- und Raumfahrttechnik, glaubt, daß Mobile Computing mit Datenbrille ein taugliches Mittel ist, um Daten aus der Konstruktion zuverlässig in die Fertigung zu übertragen. Bei Standardeinbauten sei High-Tech "eher hinderlich", doch zur Umsetzung neuer Technologien könnte die Überlagerung von realer und virtueller Welt einen wertvollen Beitrag leisten.

Ein weiteres Anwendungsszenario sieht Lühr in der Schulung der Monteure. Mitarbeiter könnten sich über die Datenbrille mit der realen Umgebung einer neuen Fertigungsstrecke sowie den künftigen Aufgaben schnell und effizient vertraut machen.

Der tragbare Computer soll auch Bauingenieuren die Arbeit auf der Baustelle versüßen. Ein virtuelles Sekretariat, das selbständig Termine vereinbart und mit einem kleinen aufgeregten Knollengesicht auf dem Bildschirm wichtige Anrufe signalisiert, soll den überlasteten Baufachleuten unter die Arme greifen.

Fehlt dem Ingenieur auf der Baustelle ein Bauplan, dann holt der Assistent das Dokument via Mobilfunk aus dem Büro - je nach Wunsch in einem besonderen "level of detail". Das ist eine Vision, die das IGD zusammen mit Industriefirmen wie Nemetschek und Siemens unter dem Code "Bauwesen-MAP" verfolgt. MAP steht für "Multimedialer Arbeitsplatz".

Der stellvertretende Leiter des IGD in Darmstadt, Detlef Krömker, spricht von einer "neuen Kultur" im Umgang mit dem Computer, wenn er das künftige Assistenzsystem erläutert. Bislang sei der Computer wie der Hammer ein Werkzeug, das nur aktiv wird, wenn der Benutzer etwas tut. Dagegen handele ein Assistenzsystem von sich aus selbständig, um den Menschen wirkungsvoll Routinearbeiten abzunehmen.

All diese Ideen, Visionen und Szenarien befinden sich noch in einem frühen Stadium. Die Forschungsprojekte, die dem Menschen über die Datenbrille mehr Durchblick verschaffen, haben erst im Juli 1999 begonnen. Es handelt sich dabei um Siegerprojekte aus dem Wettbewerb "Mensch-Technik-Interaktion in der Wissensgesellschaft", den das Bundesforschungsministerium ausgelobt hatte.

Das Leitprojekt "Arvika" konzentriert sich auf die Nutzung von "Augmented Reality" in Entwicklung, Produktion und Service. Die Koordination der Industrie- und Forschungspartner liegt bei Siemens, Automation & Drives. Federführend für das Leitprojekt "Multimedialer Arbeitsplatz" ist Alcatel SEL in Stuttgart.

Insgesamt fließen in die Projekte Arvika und MAP (Multimedialer Arbeitsplatz) sowie drei weitere Leitprojekte 165 Millionen Mark. Edelgard Bulmahn, Bundesministerin für Bildung und Forschung, begründet das finanzielle Engagement für den Forschungsschwerpunkt damit, daß es "zukünftig darum geht, die Steuerung von Geräten der Informationstechnik den Bedürfnissen der Menschen anzupassen und nicht umgekehrt".

Wolfgang Wohlgemuth von Konsortialführer Siemens A&D ist überzeugt, daß schon in zwei Jahren erste Ergebnisse in Form von Prototypen vorliegen. Bereits in vier Jahren sei mit "grundlegenden technischen Verbesserungen" zu rechnen.

Siemens ist nicht nur an Anwendungen im eigenen Konzern interessiert, beispielsweise in der Anlagen- und Kraftwerkwartung. Das "Vermarktungsinteresse" des Elektrokonzerns richtet sich auf die Basistechnologien Interaktion, Bilddarstellung und Lokalisierung. Geplant sind Bedienungs- und Beobachtungssysteme, die auf Steuerungssysteme abgestimmt sind und deshalb Werkzeug- und Produktionsmaschinen wirkungsvoll erweitern können. Siemens will diese Technik zusammen mit dem Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen in den Fabrikhallen von fünf Werkzeug- und Produktionsmaschinen-Herstellern erproben. Projektleiter Wohlgemuth kümmert sich um eine einheitliche Software-Architektur als Basis für High-end- und Low-end-Anwendungen. Er will damit erreichen, daß die Systeme untereinander kompatibel bleiben.

Darüber hinaus sind noch zahlreiche technische Hürden zu überwinden. Die Software zur Nutzung von "Augmented Reality" befindet sich laut Abteilungsleiter Stefan Müller vom IGD in Darmstadt noch im "Pionierstadium". Aufgabe des IGD ist die Grundlagenarbeit an der Software und der Integration der Elemente zu einem schlüssigen System.

Die "wissenschaftlich-technisch größte Herausforderung" bedeutet für Müller das "Tracking". Nur mit aufwendigen Methoden der Bildverarbeitung ist es möglich, aus den Aufnahmen einer Kamera an der Datenbrille zu rekonstruieren, wo der Helmträger steht, wohin seine Augen schweifen und wie die virtuellen Objekte perspektivengenau einzublenden sind. Die Schwierigkeiten in diesem Bereich sind so groß, daß es bei etlichen Anwendungen leichter ist, die Orientierung nicht über eine Kamera, sondern über kalibrierte Markierungen an den realen Objekten zu finden.

Als unbefriedigend beurteilt Müller noch die Hardwarekomponenten für die neuen Anwendungen im Spannungsfeld realer und künstlicher Realität. Die am Markt erhältlichen Datenbrillen seien "noch relativ schlecht", die Informationen in Form von Schrift oder virtuellen Objekten "nicht gut zu sehen". Müller rechnet mit besseren Ergebnissen der Visualisierung über Datenbrillen in rund zwei Jahren. Bis dahin wird auch die Leistungssteigerung von tragbaren Rechnern die Multimedia-Anwendungen für Fabrikarbeiter zu einem berauschenden Erlebnis machen.

Ein weites Feld für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist das Thema Interaktion. Mensch und Maschine haben noch keinen richtigen Draht zueinander gefunden. Bei der Spracheingabe kommt es immer wieder zu Verständigungsproblemen. Das Abrufen von Informationen aus dem Wissensschatz des Rechners funktioniert über das Deuten mit dem Finger noch nicht reibungslos.

Helm und Datenbrille für Touristen

Nicht nur in der Technik liegen Schwierigkeiten. Arvika-Konsortialleiter Wolfgang Friedrich macht auf ein "menschliches Problem" aufmerksam. Versuchspersonen mit Helm und Datenbrille klagen über Unwohlsein. Friedrich erhebt daher den Anspruch, "nicht nur die Technik, sondern auch die menschengerechte Realisierung in den Griff zu bekommen".

Ähnlich wie das Arbeiten mit Datenbrille steckt das virtuelle Sekretariat am Multimedialen Arbeitsplatz MAP noch in den Kinderschuhen. Bis diese Idee die Produktreife erreichen wird, müssen noch viele Architekten und Bauingenieure ohne virtuelle Helfer zurechtkommen. Konzeptionell nicht gelöst ist laut Detlef Krömker vom IGD, welche Sekretariatsarbeiten sich überhaupt an einen Rechner delegieren lassen. Ein "Hauptproblem" sieht Krömker in einer schlüssigen Ablage sämtlicher Dokumente, seien es Papiere oder elektronische Daten. Noch gebe es keine Links zwischen Papierdokumenten und elektronischen Medien, so Krömker. Das virtuelle Sekretariat kann deshalb noch keine Sekretärin ersetzen.

Neben Anwendungen für die Industrie entwickelt das Fraunhofer-Institut für grafische Datenverarbeitung IGD ein Touristen-Informationssystem in Gestalt eines tragbaren Rechners. Individualreisende mit Helm und Datenbrille, so die Idee, erhalten eine Fülle an Informationen über historische Bauwerke und andere Sehenswürdigkeiten. Versuchsobjekt der IGD-Mitarbeiter Uwe Jasnoch und Volker Coors ist das Heidelberger Schloß. Neben kompetenten Auskünften des Computers über einen kleinen Lautsprecher ist die Visualisierung von früheren Zuständen, "Fenster in die Vergangenheit" benannt, beabsichtigt. Damit der PC-Reiseleiter exakt die gleiche Perspektive erhält wie der Tourist am Ort der Besichtigung, arbeitet das IGD an der Ortung per GPS und der exakten Lokalisierung über Video-Aufnahmen. Die Videobilder werden abgeglichen mit einem digitalen 3D-Modell eines bestimmten Ortes oder Bauwerks. Der Computer kann dann sein Programm für den identifizierten Standort des Reisenden abspulen.

Darüber hinaus hat das IGD einen elektronischen Museumsführer im Westentaschenformat entwickelt. Das "umgebungsgesteuerte Assistenzsystem" soll die Besucher "selbständig durch die Ausstellung leiten". Als Vorteil verspricht das IGD, daß man sich nicht mehr mit dem mühsamen Blättern im Katalog abgeben muß.

Zur Positionsbestimmung arbeitet Projektleiter Thomas Kirste mit miniaturisierten Infrarotsendern, die in Kontakt zu handelsüblichen Mobilcomputern treten können. Kirste glaubt, daß diese Technik auch zur Bewirtschaftung von Banken und Kaufhäusern (Facility Management) sowie zur Orientierung von Wartungstechnikern in ungewohnten Umgebungen prädestiniert ist.

Angeklickt

"Mobile Computing" ist vielseitig anwendbar. Nicht nur das Notebook, sondern auch körpernah angebrachte Rechnerzwerge in Kombination mit einer Datenbrille beispielsweise können schon heute in der Produktion, an Fertigungsstraßen oder für gefährliche Wartungsaufgaben eingesetzt werden. Unternehmen und Forschungsinstitute zeigen prototypische Anwendungen im Automobilbau, bei der Chrashsimulation, der Rohrleitungsmontage oder für die Schulung von Monteuren. Hilfreich seien die mobilen "devices" insbesondere für die Umsetzung neuer Technologien. Sie könnten bei der Überlagerung von realer und virtueller Welt einen wertvollen Beitrag leisten.

*Johannes Kelch ist freier Journalist in München.