Neuland

Lizenz zum Fahren

Wie Professorin Dr. Jivka Ovtcharova und ihr Forscherteam in einem Technologietransfer-Projekt mit chinesischen Partnern die Fahrsimulation auf ein höheres Level befördern.

„Auf dem Markt erhältliche Fahrsimulatoren ähneln meist eher einem Computerspiel“, so die Projektkoordinatorin Polina Häfner, „und sind zudem für die Anwendung im Fahrunterricht didaktisch nicht genug aufbereitet.“ Die Vision einer qualitativ hochwertigen Lösung setzen die Wissenschaftler im Rahmen von DriveSim um: Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, mit der die Wahrnehmung der Wirklichkeit um interaktive, virtuelle Inhalte ergänzt wird. So entsteht ein repräsentatives Fahrgefühl mit dem Instrumentarium eines echten Kraftfahrzeugs. „Beim Fahren im Simulator baut ein Algorithmus die angrenzende Umgebung in Echtzeit als Abbild der Realwelt auf, basierend auf Echtdaten aus Geoinformationssystemen (GIS)“, erklärt Häfner. Rund um das Fahrzeug geben Projektionen den Blick in die dreidimensionale, virtuelle Welt frei. Ein Steuergerät im Fahrzeug verbindet das unmotorisierte Kraftfahrzeug mit Drive-Sim, wodurch jede Interaktion des Fahrers mit dem Fahrzeug zum einen in die virtuelle Welt gespiegelt wird und zum anderen durch Kraftrückkopplung spürbar ist. Die Lernumgebung DriveSim wird vervollständigt von einer Trainings-App, mit der Fahrlehrer und -schüler wechselnde Fahrumgebungen generieren und individuelle Verkehrsübungen konfigurieren können.

„Die Integration von professionellem Informationsmanagement und High-End-Visualisierungen bietet Chancen, nicht nur im Bereich Fahrsimulation“, unterstreicht Prof. Ovtcharova. Ziel der Forschungsgruppen am IMI ist es deshalb, mittels Virtual Reality, eine innovative Arbeitsumgebung und Wettbewerbsvorteile für Industrieunternehmen zu ermöglichen, insbesondere im weiten Feld der Produkt- und Prozessentwicklung. „Wir legen großen Wert auf die intensive Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen, um die unmittelbare Praxisrelevanz sicherzustellen. Dadurch bekommen wir wichtige Impulse für neue Forschungsfelder und Problemstellungen. Ich bin überzeugt, dass sich Innovation von innen heraus entwickelt. Das führen mir die Studierenden, die in unseren Praktika kreative und praxisrelevante Ideen entwickeln, immer wieder vor Augen. Auch mit wenig Budget kann man viel erreichen, die persönliche Motivation ist entscheidend.“ 

Virtueller Fahrlehrer für Megacities

Prof. Jivka Ovtcharova und ihre Forschungsgruppe „Smart Immersive Environments“ vom Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI) des KIT haben gemeinsam mit chinesischen Entwicklungspartnern TuoBaBa Technology (TBB) und dem Jiangyin Sino-German Technology Transfer Center einen virtuellen Fahrtrainer für Fahrschulen in China entwickelt. Ein umgerüstetes Fahrzeug und aufwendige Projektionstechnik ermöglichen wirklichkeitsnahe Fahrübungen in einem Fahrsimulator. Eine komplette Plattform mit Soft- und Hardware sowie entsprechende Schnittstellen zum Kraftfahrzeug wurden im Rahmen des Technologie-Transferprojekts DriveSim realisiert. Hierbei war das KIT federführend bei der Hardwarekonfiguration und Softwarelösung, wohingegen die chinesischen Partner die Server-Infrastruktur vor Ort, die Fernwartung und die Anwendung für mobile Endgeräte vorbereiteten.

Der vollständige Bericht über das Technologie-Transferprojekt wurde im Innovations-Newsletter RESEARCH TO BUSINESS des KIT veröffentlicht.

Video: DriveSim

Industrie 4.0 – Mittelstand trifft Forschung im Collaboration Lab

Das „Industrie 4.0 Collaboration Lab“ in den Räumen des LESC (Lifecycle Engineering Solutions Center) am KIT bietet eine nahtlose IT-Infrastruktur zur Erprobung von Technologien und Prozessen im Zeichen von Industrie 4.0. Das Lab wurde bereits im September 2014 in Kooperation mit der SolidLine AG, dem Bechtle IT-Systemhaus Karlsruhe und weiteren Partnern aus der Wirtschaft sowie dem Forschungszentrum Informatik (FZI) eröffnet und ist als Testumgebung konzipiert.

LESC-Website

Infrastruktur zur Erprobung

Die im Lab zur Verfügung gestellte Hard- und Softwareumgebung bietet insbesondere mittelständischen Unternehmen die Möglichkeit, Optionen und Chancen der Industrie-4.0-Technolgien in Form von 3D-Umgebungen in Virtual und Augmented Reality kennenzulernen. Bisher zögern diese häufig, in neue Technologien zu investieren, deren Vorteile sich nicht auf den ersten Blick erschließen. Doch auch für den Mittelstand sind Themen rund um Industrie 4.0 auch aus strategischer Sicht der Unternehmen von großer Bedeutung, wie etwa die Aufrechterhaltung der notwendigen digitalen Infrastruktur, die Vernetzung der Produktion in Echtzeit oder die automatisierte Steuerung von Produktionsprozessen.

Virtual-Reality-Projekte anstoßen

Das „Industrie 4.0 Collaboration Lab“ ermöglicht es, vielversprechende Ideen und Technologie-Projekte in Zusammenarbeit mit Wirtschaft und Forschung gemeinsam umzusetzen. Mittelständische Unternehmen können in der Testumgebung Produktideen frühzeitig erproben und sich mit der Arbeit in 3D-Umgebungen vertraut machen. In dem Test- und Qualifikationslabor lassen sich Szenarien anhand realer Datensätze der Unternehmen durchspielen. So werden IT- Lösungen für das eigene Geschäftsmodell gemeinsam mit den Forschern erarbeitet und der Mehrwert von Industrie 4.0-Technologien demonstriert. Auch Weiterbildungen von Mitarbeitern der Unternehmen sind möglich, sowohl für Techniker und Ingenieure als auch für Geschäftsführer.

Prof. Jivka Ovtcharova (rechts) und Polina Häfner (links)

Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jivka Ovtcharova

Prof. Ovtcharova ist seit 2003 am KIT tätig. Sie zeichnet sich als Diplom-Ingenieurin mit zweifacher Promotion in Maschinenbau und Informatik durch ihre Expertise im Informations- und Datenmanagement in der Fertigungsindustrie aus. Ihr Spezialgebiet ist das Virtual Engineering, also die informationstechnologische Unterstützung innovativer Produktentwicklung und Produktion. Als Leiterin des Instituts für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI) am KIT gründete sie 2014 das Lifecycle Engineering Solutions Center (LESC) mit modernen Technologien der virtuellen Realität, in dem aktuelle Forschungsergebnisse und IT-Lösungen des IMI in verschiedenen Laboren implementiert, validiert und demonstriert werden. Ihre wissenschaftlichen Verdienste wurden u.a. 2011 durch den Ehrendoktortitel der Technischen Universität Sophia ausgezeichnet. Seit 2004 ist Prof. Ovtcharova zudem Direktorin des Forschungszentrums für Informatik Karlsruhe (FZI) .

Industrielle Praxiserfahrung erlangte sie durch langjährige Tätigkeit, unter anderem als Leiterin des Process and Systems Integration Center (PSIC) bei General Motors Europe mit inhaltlichen Schwerpunkten in den Bereichen Product-Lifecycle-Management, Produktdaten- und Workflow-Management, Produktkonfiguration und virtueller Prototypenbau.

Dipl.-Inform. Polina Häfner

Polina Häfner studierte von September 2004 bis März 2009 Informatik nach dem Karlsruher Lehrplan an der Fakultät für deutsche Ingenieur- und Betriebswirtschaftsausbildung (FDIBA) der Technischen Universität Sofia, Bulgarien. Das Studium führt sie danach am KIT fort und schloss 2012 mit einem Diplom in Informatik ab. Während dieser Zeit war sie bereits als wissenschaftliche Hilfskraft am Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI) tätig. Ihre Diplomarbeit „Entwicklung einer intuitiven, leicht bedienbaren Mensch-Maschinen-Schnittstelle für immersive Umgebungen“ beschäftigte sich mit einer der Schwachstellen der Virtuellen Realität – die Interaktion.

Ab 2012 setzte Häfner ihre wissenschaftliche Laufbahn am KIT fort und ist seitdem wissenschaftliche Mitarbeiterin am IMI. Dabei befasst sie sich hauptsächlich mit Grundlagen- und Auftragsforschung im Bereich Virtuelle Realität und Mensch-Maschine-Schnittstelle, insbesondere Immersive 3D Visualization und Virtual Learning Environments. Aktuell ist Häfner an den Projekten DriveSim und dimenSion beteiligt und engagiert sich in der Lehre am IMI im Praktikum „Virtual Reality /Engineering“ für Studierende, wofür Häfner das Lehrkonzept selbst entwickelt hat.

Bereits seit 2009 tritt die Diplom-Informatikerin als Rednerin auf nationalen und internationalen Konferenzen über Virtual Reality auf und erhielt zwei Best Paper Awards.