DOKU-FORUM 2015 Titel: Keynote: Virtual Engineering als Tagesgeschäft Referent: Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka Ovtcharova, Karlsruher Institut für Technologie, Institutsleitung Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen In einem leidenschaftlichen Vortrag verknüpft Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova das industrielle Tagesgeschäft mit neuesten Forschungen aus der Comnputerwissenschaft. Die Leiterin des Instituts für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI) erläutert außerdem die Relevanz von Virtual Engineering für das industrielle Tagesgeschäft. www.tanner.de/doku-forum

1. Keynote
Virtual Engineering als Tagesgeschäft
Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka Ovtcharova
Karlsruher Institut für Technologie, Institutsleitung Institut für
Informationsmanagement im Ingenieurwesen
Wir danken Frau Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka Ovtcharova für den
Vortrag auf dem DOKU-FORUM 2015 und für die Bereitstellung der
Folien.

2. Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI)
www.kit.edu
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Industrie 4.0 als Chance und Herausforderung
für Unternehmen
Virtual Engineering - Digitalisierung als Tagesgeschäft
Prof. Jivka Ovtcharova

3. 2 Prof. Jivka Ovtcharova
Inhalt
Über uns
Was hat sich in den letzten Jahren geändert?
Digitalisierung als Tagesgeschäft
Von der Vision zur Praxis
28.04.2015

4. 3 Prof. Jivka Ovtcharova
Über uns
Was hat sich in den letzten Jahren geändert?
Digitalisierung als Tagesgeschäft
Von der Vision zur Praxis
Inhalt
28.04.2015

5. 4 Prof. Jivka Ovtcharova
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
28.04.2015
Am 1. Oktober 2009 wurde das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
als Zusammenschluß des Forschungszentrums Karlsruhe und der
Universität Karlsruhe gegründet.
Forschung Lehre Innovation
Bild: KIT

6. 5 Prof. Jivka Ovtcharova
Lifecycle Engineering Solutions
Center (LESC)
Abteilung Prozeß- und
Datenmanagement im
Ingenieurwesen (PDE)
Institut für Informationsmanagement im
Ingenieurwesen (IMI)
Organisation
FZI Bereich
Intelligent Systems
and Production
Engineering
KIT Bereich III - Maschinenbau und Elektrotechnik

7. 6 Prof. Jivka Ovtcharova
Profil

8. 7 Prof. Jivka Ovtcharova
Vernetzung, Interdisziplinarität und Komplexität
in der Wirtschaft im Einklang mit Industrie 4.0
erfordern neuartige Kompetenzen bei
Problemlösungen.
Wechsel der „Wissens- und Technologie-
generationen“ innerhalb 3-5 Jahren liegt unter
der Ausbildungszeit an Universitäten und setzt
moderne interaktive Bildungsformen voraus.
Verschärfte Wettbewerbssituation verlangt
schnelle Business Transformation und
Anpassung an die veränderten
technologischen und gesellschaftlichen
Rahmenbedingungen.
Herausforderung
28.04.2015

9. 8 Prof. Jivka Ovtcharova
Kompetenz Bildung Transformation
 Praxisorientierte Kurse
 Workshops und Seminare
 interdisziplinäre
Qualifikationen
 Berufsausbildung vor Ort
und Off-Site
 Qualifikation für neue
Ingenieurberufe
 Grundlagen- und
Industrieforschung
 Proof-of-Concept
 Pilotierung und
Demonstration
 Wissenschaft als
Dienstleistung
 Wissenstransfer
 Unternehmens-
veränderungen im
Digitalzeitalter
 Strategie, Struktur,
Kultur und Prozesse
 Konferenzen,
Ausstellungen,
Seminare
 Raum für Visionen
Lifecycle Engineering Solutions Center: Mission
Lifecycle Engineering Solutions Center

10. 9 Prof. Jivka Ovtcharova
Virtual Environments Lab
Stereoscopic 7-channel projection
system, ART tracking system
Mixed Reality Lab
Mobile projection, ART tracking
system and haptic devices
Collaboration Lab
Foldable wall between Collaboration Lab
and Virtual Environments Lab
Content Creation Lab
Training and Development with CAx/PLM
FDIBA Lab
Spatial and technical
cooperation platform
Value Creation Lab
Demonstration and transfer of
research results
Energy Experience Lab
Mixed reality platform solutions for
energy efficiency
Tea Lab
Creativity pool
Lifecycle Engineering Solutions Center: Infrastructure
Lifecycle Engineering Solutions Center

11. 10 Prof. Jivka Ovtcharova
Über uns
Was hat sich in den letzten Jahren geändert?
Digitalisierung als Tagesgeschäft
Von der Vision zur Praxis
Inhalt
28.04.2015

12. 11 Prof. Jivka Ovtcharova
Computersimulation
Video: GM, 2003
Beispiel: Robotersimulation
Was hat sich in den letzten Jahren geändert?

13. 12 Prof. Jivka Ovtcharova
Man-Machine Interaction
Welches Prinzip liegt zugrunde?
Video: LESC, 2013
Beispiel: Fusionsreaktor in der virtuellen Realität

14. 13 Prof. Jivka Ovtcharova
Bidirektionale Kommunikation
Quelle: in Anlehnung an S. Böckl, 2005
Was bedeutet das?
Tasks
Knowledge gain
Kybernetisches Modell der 60er Jahre

15. 14 Prof. Jivka Ovtcharova
Quelle: InReal Technologies
Bidirektionale Kommunikation
INTERAKTION
EMOTION
IMMERSION
Beispiel: Virtueller Rundgang
Was sind die Folgen?

16. 15 Prof. Jivka Ovtcharova
Neuartige Kommunikationsdaten
Video: LESC, 2014
Was ist noch neu?
Beispiel: Trackingdaten

17. 16 Prof. Jivka Ovtcharova
Digitale Gesellschaft
Bild: KIT, 2014
Was sind die Folgen?
Totale IT-Durchdringung in allen Lebens- und Arbeitsbereichen

18. 17 Prof. Jivka Ovtcharova
Internetzeitalter
Bild: Map of internet, Lewis & Clark College, 2013
Was noch?
By 2020, 31 billion devices
and 4 billion users will be
connected to the Internet
(Gartner)
Exponentiell wachsende Anzahl der angeschlossenen Geräte und Benutzer

19. 18 Prof. Jivka Ovtcharova
Bild: pearltrees.com
Welche Veränderungen kommen?
Explodierende Datenflut
Vernetzte Welt
Every two days is as much
information as generated
from the beginning of
civilization up to 2003
(Eric Schmidt, Chairman
and CEO Google)

20. 19 Prof. Jivka Ovtcharova
Der Übergang zu der digitalen Gesellschaft setzt ein neues
Verständnis der menschlichen Möglichkeiten und Bedürfnisse voraus.
Megatrends
28.04.2015
 Emotion
 Begeisterung
 Erlebnis
 Engagement
 Verbundenheit
INDIVIDUUM WISSENSCHAFT
 Interdisziplinarität
 Komplexität
 Transparenz
 Nachhaltigkeit
 Praxisorientierung
GESELLSCHAFT
 Mobilität
 Mediatisierung
 Multikulturarisierung
 Urbanisierung
 Alterung
WIRTSCHAFT
 Globalisierung
 Diversität
 Lebenszyklusfokus
 Frontier-Märkte
 Neo-Ökologie
Bild: eigene Darstellung

21. 20 Prof. Jivka Ovtcharova
Ende 18. Jahrhundert Beginn 20. Jahrhundert Beginn 70er-Jahre Heute
Innovationsgrad
Zeit
Industrie 1.0
Massenproduktion
Mechanisierung
Wasser- und Dampfkraft
Industrie 2.0
Massenverteilung
Elektrifizierung
Elektrische Energie
Industrie 3.0
Weltwirtschaft
Automatisierung
Informationstechnologie
Industrie 4.0
Lebensqualität
Cyberisierung
Smart Engineering
Bild: eigene Darstellung
Industrie 4.0 – der historische Schritt

22. 21 Prof. Jivka Ovtcharova
Zusammenspiel dreier Faktoren
28.04.2015
Bild: SEW Eurodrive
Steigende Komplexität
der industriellen
Produktion
Bild: Hopf
Einbettung von
Computern in
Alltagsgegenstände
Bild: Computerbild
Internet der Dinge und
Dienste als
Verbindungsmedium der
dinglichen und der
virtuellen Welt
Industrie
4.0
Bild: Fraunhofer IAO/BITKOM
Aufbruch in die Zukunft
durch neue
Ingenieurmethoden für
realitätsnahe Human-
Computer-Interaktion
(logisch,
nachvollziehbar,
intuitiv) in Echtzeit

23. Prof. Jivka Ovtcharova Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen22 28.04.2015
Quelle: Lifecycle Engineering Solutions Center
Virtual Engineering
 Teamarbeitsplatz
 Entscheidungsorientiert
 Mensch im Mittelpunkt
 Echtzeit-Anwendung
 Intuitive Interaktion
Virtual Engineering vs. Traditional Engineering
Traditional Engineering
 Einzelarbeitsplatz
 Aufgabenorientiert
 IT im Mittelpunkt
 Offline-Anwendung
 GUI-basierte Interaktion
GUI – Graphical User Interface

24. 23 Prof. Jivka Ovtcharova
Über uns
Was hat sich in den letzten Jahren geändert?
Digitalisierung als Tagesgeschäft
Von der Vision zur Praxis
Inhalt
28.04.2015

25. 24 Prof. Jivka Ovtcharova
Industry 4.0 Collaboration Lab
Industrie 4.0 Collaboration Lab am KIT
“Mittelstand trifft Forschung”
Industrie 4.0 Collaboration Lab
am LESC/KIT Karlsruhe, seit 24. September 2014

26. 25 Prof. Jivka Ovtcharova
Digitalisierung als Tagesgeschäft
1. Vollständige Datenerfassung aus verschiedenen, heterogenen und
unstrukturierten Datenquellen im Sinne von Big Data
2. Intelligente Datenaufbereitung und ganzheitliche Vernetzung für
webbasierte Auswertung mit Hilfe von wissensbasierten
Datenmodellen
3. Einsatz von Operational Intelligence Algorithmen für Analyse von
"unscharfen" multidimensionalen Daten (Text, Zeichnungen, 3D-
Modelle, Sensordaten, usw.)
4. Sicherung der Datenqualität mit Hilfe automatischer Data Quality
Check Tools
5. Echtzeit-Datenauswertung und -Visualisierung der Ergebnisse auch
auf mobilen Geräten
6. Stärkung der Standardisierung und Entwicklung
branchenübergreifender Geschäftsprozesse
7. Bildung und Training aller Beteiligten um die Digitalisierung in das
Tagesgeschäft zu integrieren

27. 26 Prof. Jivka Ovtcharova
High-Speed-Netzwerk Technologien
Entertainment und Spielindustrie, 3D movies, 3D TVs, game consoles,
HMDs
Neuartige Eingabegeräte wie Kinect, Leap Motion
Verstärkter Einsatz von 3D printing, Software und Dienstleistungen
Mensch-zentrierte Technologien
Herausforderung: Daten in verschiedenen, auch vorab nicht bekannten
Strukturen für die Analyse nutzbar zu machen – Big Data
Bild: theguardian.com Video: Microsoft Hololens

28. 27 Prof. Jivka Ovtcharova
Psychophysiologischen Messungen
Frühzeitige Erfassung der Kundenzufriedenheit in immersiver
Umgebung
Emotionales Feedback
Emotionsmessung durch
implizite Erfassung
Emotionserkennung durch
immersives Feedback
Quelle: Lifecycle Engineering Solutions Center

29. 28 Prof. Jivka Ovtcharova
Immersive Visual Data-Mining
Vorteile der VR
Visualisierung von bis zu 8 Dimensionen
Hochauflösende Visualisierung
Hoher Interaktionsgrad
Idee
Explorative Datenanalyse durch
Einbindung des Menschen als
Mustererkennungswerkzeug
Ansatz
Visualisierung von Datenbankinhalten
Datenbankabfragen durch
Interaktionsmetaphern
© VR-Solutions
Quelle: eigene Darstellung

30. 29 Prof. Jivka Ovtcharova
Intuitive Mensch-Computer-Interaktion
Problem
Buttom-Up Ansatz
Werkzeug getriebene Prozessgestaltung
Idee
Aufgabenorientierte Werkzeuggestaltung
„gehirn-gerechte“ Arbeitsabläufe
Ansatz
Interaktive Simulatorkopplung für Virtuelle
Realität:
 Nutzung der Virtuellen Realität als
Kommunikations- und Verständniswerkzeug
 Echtzeitfähigkeit / Interaktivität
 Transparente Nutzung von CPU und GPU
Ressourcen in HPC-Umgebungen Quelle: eigene Darstellung

31. 30 Prof. Jivka Ovtcharova
Über uns
Was hat sich in den letzten Jahren geändert?
Digitalisierung als Tagesgeschäft
Von der Vision zur Praxis
Inhalt
28.04.2015

32. 31 Prof. Jivka Ovtcharova
Virtual Reality Environment - Studien
Natural Interaction and Configuration
Paradigms Study in Various VEs
User Behavior Study in VR, CAVE
Environment
Impact of Motion in Virtual Environments on
Memorization Performance

33. 32 Prof. Jivka Ovtcharova
Simulationsbasierte Nachbildung,
Untersuchung und Qualifizierung
eines Vibrationsverfahrens für
Dekontamination von Rohrleitungen
Validierung der Versuchsergebnisse
an physikalischen Prototypen
Visualization of FEM Simulation
Virtuelle Validierung - SimViDekont

34. 34 Prof. Jivka Ovtcharova
Für Forschung und Training
Operationale Konzepte für
Werkzeugmaschinen mit Hilfe
der VR-Technologien:
Manuelle und automatische
Bedienung und
Konfiguration über eine 3D-
Web-Oberfläche
Virtuelle Darstellung der
Maschine und Steuerung mit
dem haptischen Gerät
Mensch-zentrierte Konzepte für Fertigung

35. 35 Prof. Jivka Ovtcharova
Echtzeitkopplung von einem
virtuellen mit einem realen Modell
eines öffentlichen Gebäudes
Energieverbrauchsmessung in
Echtzeit und Raum mit Nutzung von
VR-Devices
Gesture control
Web-Interface
Training und Bildung in Immersive Energy Efficiency

36. 36 Prof. Jivka Ovtcharova
Virtuelle Fabrik
Visualisierung von großen
integrierten Produktionslinien in
Echtzeit
Semantik, Kinematik und Aktoren
der 3D-Modelle (AML)
Interaktive Website als Texturen
Interface für Systemsteuerung in
der Virtuellen Realität
Verbindung über Browser oder
mobile Geräte

37. Prof. Jivka Ovtcharova Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen37 28.04.2015
Datenaufbereitung für die Fa. Gabler
Datenaufbereitung und Visualisierung des neuen Werks der Gabler GmbH
+ Co. KG aus Malsch, das vollständig in SOLIDWORKS geplant und in
der virtuellen 3D-Umgebung (CAVE) des Lifecycle Engineering Solutions
Centers getestet wurde.
Quelle: Lifecycle Engineering Solutions Center

38. 38 Prof. Jivka Ovtcharova
Die Zukunft hat begonnen, machen Sie mit!