Ausbildung von Servicetechnikern mit virtueller Realität

Die Ausbildung von Servicetechnikern am Originalgerät ist oft nur schwer möglich. Entweder sind die Geräte wie Generator, Getriebe, Kupplung, Bremse usw. im Einsatz und stehen somit für Ausbildungen nicht zur Verfügung, oder die Ausbildung am Original ist zu gefährlich bzw. zu aufwändig. In diesen Fällen können Simulationen Abhilfe schaffen, die mit realistischen, aber künstlichen Nachbildungen der Originalgeräte in virtueller Realität (VR) einen guten Ein- und Überblick über Funktionsweise und Bedienung geben.

Simulationen in virtueller Realität sind in vielen modernen Ausbildungssystemen nicht mehr wegzudenken. Flug- und Schiffssimulatoren, Trainingssysteme für richtiges Verhalten in unterschiedlichen Situationen (z.B. Feuerwehreinsatz) und weitere SzenariennutzenSimulationeninvirtuellerRealitätbereitsseitJahren. In erster Linie werden durch die Nutzung von Simulationen und Simulatoren Risiken und/oder Gefahren vermieden, denen man in der Realität ausgesetzt wäre.

In den vergangenen Jahren konnte man den Einsatz von Simulationen auf Basis von virtueller Realität immer häufiger auch zur Visualisierung sonst nicht sichtbarer Sachverhalte beobachten. Das Innere von Maschinen wie z. B. das Innere eines Windenergiegetriebes, ist ein oft umgesetztes Simulationsszenario, das über die Möglichkeiten der Realität hinausgeht und somit einen echten Mehrwert beinhaltet. Gleiches gilt für die Darstellung komplexer Sachverhalte, die in der Realität nur schwer zu visualisieren sind.

Ein weiteres wichtiges Element ist die Tatsache, dass sowohl der technische Fortschritt als auch komplexe, aber wirtschaftliche Software-Tools dafür sorgten, dass die Simulationen mittlerweile fast jeder am PC nutzen kann. Noch vor einigen Jahren war der Durchlauf einer Simulation nur auf speziellen Rechnern möglich gewesen, die entsprechend teuer in Anschaffung und Unterhaltung waren.

Welche Vorteile haben Simulationen im Allgemeinen und im Besonderen in der Ausbildung von Servicetechnikern in der Windenergiebranche, und was sind ihre Nachteile? Wie können sie in konkrete, möglicherweise bereits bestehende Ausbildungen eingebunden werden? Und was könnte uns die Zukunft bringen?

Vor- und Nachteile von Simulationen

Anhand eines Beispiels lassen sich die wesentlichen Vorteile von Simulationen in virtueller Realität sehr anschaulich erläutern. Das Beispiel stammt aus einer Branche, die extrem gefährlich ist: Kampfmittelräumdienst Die Risiken und Gefahren, denen das Personal dieser Branche ausgesetzt ist, liegen auf der Hand: Bomben, unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen und viele andere Kampfmittel werden auch in Deutschland immer wieder gefunden. Daher haben Kampfmittelräumdienste ein Hilfsmittel: ferngesteuerte Roboter (so genannte Manipulatoren), mit denen man sich einer Gefahrenquelle aus für den Menschen sicherer Entfernung nähern kann.

Die Fahrzeuge verfügen über Kameras, Arm mit Greifer und viele weitere Zubehörteile. Sie zu steuern ist daher insbesondere dann nicht trivial, wenn sie nicht mehr sichtbar sind. Denn in diesen Situationen können die Fahrzeuge nur über die Bilder gesteuert werden, die die angebauten Kameras übertragen. Voraussetzung für den sicheren Umgang mit den Fahrzeugen ist deshalb eine längere Ausbildung. In der Vergangenheit wurden die Fahrzeuge gerade in der Ausbildung oft beschädigt und fielen damit für den Einsatz aus. Abhilfe konnte hier ein von szenaris GmbH entwickeltes Ausbildungssystem schaffen, bei dem virtuelle Roboter mit den Originalbediengeräten in virtuellen, vom Ausbilder konfigurierbaren Szenarien gesteuer werden.

Die Vorteile:

• Gefahr- und risikoloses Training für Mensch und Material bei größtmöglicher Realitätsnähe
• Erlernen des Umgangs mit den Fahrzeugen bei unterschiedlichen Umgebungsverhältnissen (z.B. kann das Wetter in virtueller Realität beliebig eingespielt werden) und in unterschiedlichen Szenarien (Bus, Flugzeug, Check-In, Bahnhof, Schalterhalle, Hindernisparcours u.v.m.)
• Für die Grundausbildung keine „echten“ Fahrzeuge mehr notwendig
• Ausfallrate der Originalfahrzeuge auf den „echten“ Einsatz beschränkt

Bei all diesen Vorteilen haben Simulationen aber auch Nachteile:

• Eine Simulation ersetzt niemals die Realität.
• Der Immersionsgrad (bezeichnet den Grad des subjektiv wahrgenommenen ‚Eintauchens‘ in die virtuelle Welt) wird den Idealfall nicht erreichen können, der dann erreicht wäre, wenn man die virtuelle Welt nicht mehr von der echten unter scheiden kann.
• In der Regel entspricht die Haptik nicht der Realität; d.h., dass die Reaktionen der Umwelt auf die menschlichen Sinne nicht im Maßstab 1:1 wiedergegeben werden können. Ausnahme: Das oben beschriebene Ausbildungssystem - da die Originalbediengeräte genutzt werden und die Bewegungen des Fahrzeugs auch in der Realität nicht ‚erspürt‘ werden.
• Auch die Umweltbedingungen können nicht an die Realität heran reichen, sie allenfalls bis zu einem gewissen Grad nachahmen. In der Simulation fegt kein Windstoß über die Gondel.

Als Fazit lässt sich festhalten: Simulationen können immer nur ein Bestandteil komplexer Ausbildungssysteme sein.

Lösungsmodell

Im Folgenden wird eine Lösung vorgestellt, die exemplarisch für die Ausbildung von Servicetechnikern steht. Es handelt sich um ein Ausbildungssystem für Servicetechniker von Massenspektrometern, die weltweit eingesetzt werden. Aufgrund der stark gestreuten Verbreitung ist die zentrale Ausbildung der Servicetechniker an einem Ort nur schwer und mit erheblichem Aufwand möglich. Die Ausbildung sollte daher um ein komplexes, virtuelles Ausbildungsmedium ergänzt werden.

szenaris GmbH entwickelte ein online fähiges Lernszenario mit vier Stufen, das dieser Forderung nachkommt:

1. Zuerst werden die Nutzer in das gesamte Lernszenario und dessen Bedienung eingewiesen (online).
2. Im zweiten Schritt erläutert ein Lernprogramm das zu schulende Massenspektrometer und dessen Details. Das Programm dient im Fortgang als Nachschlagewerk nach der eigentlichen Schulungsmaßnahme.
3. Den dritten Schritt bildet die Simulation. In dieser Simulation kann das virtuell nach gebaute Gerät bis auf Baugruppenebene (ca. 30 Baugruppen) explorativ erforscht und in seine Bestandteile zerlegt werden. Ein Einbau der einzelnen Komponenten ist ebenso möglich. Hier lernen die Nutzer sehr schnell, wie sie an eine bestimmte Baugruppe herankommen. Die Simulation kann später aber auch als Bedienungsanleitung für den Aus- und Einbau von Baugruppen dienen, wenn die Servicetechniker beim Kunden sind und den Aus- und Einbau nicht mehr im Detail kennen.
4. Den Abschluss bildet die praktische Ausbildung am realen Gerät. In aller Regel ist dieser Schritt auch in anderen Ausbildungsszenarien mit Simulationsanteilen der finale Schritt vor der Arbeit mit dem und am echten Gerät. Im hier dargestellten Szenario arbeiten die Servicetechniker an in den Filialen aufgestellten Nachbauten der Massenspektrometer.

Zusammenfassung und Ausblick

Zurzeit werden Simulationen meist nur in Spezialbereichen eingesetzt. Aufgrund immer leistungsfähigerer Rechner und Software-Tools ist aber schon heute ein Trend in der Ausbildung zu beobachten, der verstärkt Simulationen in Ausbildungsszenarien vorsieht. Die Vorteile überwiegen die Nachteile, zumal Simulationen die Ausbildung an realen Geräten nicht ersetzen, sondern ergänzen und auf den Umgang vorbereiten sollen.

Damit fällt eine Prognose für die Zukunft nicht schwer: Simulationen und Teilsimulationen auf Basis von virtueller Realität werden in den nächsten Jahren in zunehmendem Maße in der Ausbildung eingesetzt, um diese sinnvoll zu ergänzen. Auch die Windenergiebranche kann von dieser Entwicklung in erheblichem Maße profitieren.