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Keynote: Virtual Engineering als Tagesgeschäft | DOKU-FORUM 2015

TANNER AG
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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

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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
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  • 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!