Mit dem Fortschreiten der Digitalisierung in der Industrie findet sich Augmented Reality (AR) in immer mehr Einsatzbereichen. Dennoch bleibt die industrielle Verbreitung trotz sich stetig entwickelnder Technik hinter den Prognosen zurück. Es existieren bereits Arbeiten, die sich mit der Klassifizierung von AR jedoch mit Fokus auf die tatsächliche Implementierung bzw. Umsetzung der Anwendung beschäftigen. Um Anwendungsgebiete und damit die eigentliche Problemstellung, in denen AR einen Mehrwert bieten kann, besser vergleichen und Anforderungen für industrielle Bereiche ableiten zu können, stellt dieser Beitrag ein Klassifizierungssystem für diese Einsatzgebiete vor. Auf vorhergehenden Arbeiten aufbauend wird gezeigt, dass eine Klassifizierung der Einsatzszenarien auf Basis der drei Dimensionen zu unterstützende Aktion, Lebenszyklusphase und Grad der Hilfestellung erfolgen kann. Dazu wird eine systematische Literaturrecherche von industriellen AR Anwendungen und Studien der Jahre 2016 bis 2020 durchgeführt und nach dem vorgeschlagenen Schema klassifiziert. Neben den daraus gewonnen Erkenntnissen werden in den Beiträgen verwendete Technologien, wie die Darstellungstechnik, der Detailierungsgrad, der Reifegrad der Anwendung und die Art der Inhaltserstellung analysiert. Außerdem werden Probleme bei der Umsetzung sowie künftige Forschungsthemen und -schwerpunkte herausgearbeitet.

3D-Druck durch computergesteuerte selektive Betonablage ist der am häufigsten verwendete Ansatz im Kontext der additiven, digitalen Fertigung im Betonbau. Dieses schalungsfreie digitale Verfahren ermöglicht ein schnelles, wirtschaftliches Bauen und bietet einen großen architektonischen Gestaltungsspielraum. Um die Möglichkeiten der 3D-Druck-Technologie im Betonbau zu entfalten, müssen die rheologischen und mechanischen Eigenschaften von Beton exakt charakterisiert werden und so eingestellt, dass sie mit aus den Prozessparametern resultierenden Anforderungen an das Material übereinstimmen. Des Weiteren ist die inhärente Anisotropie der 3D-gedruckten Elemente aufgrund der schichtweisen Herstellung und Bildung von Arbeitsfugen zu beachten. Um die aus den Prozessparametern resultierenden Anforderungen zu erfüllen und Schwachstellen zu vermeiden, sollten die druckbare Betone bestimmte, genau kontrollierbare rheologische Eigenschaften wie statische Fließgrenze und ihre zeitliche Entwicklung (aufgrund von strukturellen Aufbau- und Hydratationsreaktionen) aufweisen. Die komplexenund teilweise widersprüchlichen Materialanforderungen erfordern umfangreiche experimentelle Untersuchungen. Dies ist eine große Herausforderung, da es keine Standardtestmethoden zur Materialcharakterisierung von druckbarem Beton gibt. Die vorliegende Arbeit fokussiert auf die Erarbeitung einer praxistauglichen Vorgehensweise zur Festlegung, Einstellung und Prüfung der erforderlichen Materialeigenschaften von frischem und erhärtendem Beton. Folgende wesentliche Anforderungen an druckbare Betone wurden untersucht: die Pumpbarkeit, die Extrudierbarkeit, die Verbaubarkeit sowie die Leistungsfähigkeit der Verbunds zwischen den Schichten. Im Ergebnis der Arbeiten wurden Methoden zur a) dehnungsbasierten Messung des Strukturaufbaus, b) rechnerischen Abschätzung von Pumpendruck, c) Inline-Charakterisierung der Extrudierbarkeit, d) praxisorientierten Ermittlung der Verbaubarkeit und e) mikro- und makroskopischen Untersuchungen der Grenzflächeneigenschaften der Schichten entwickelt. In den experimentellen Untersuchungen wurden u.a. ein Beton-3D-Drucker mit einer Exzenterschneckenpumpe, ein Couette-Rheometer mit zylindrischer Messgeometrie, ein RAM Extruder und ein Rasterelektronenmikroskop eingesetzt, um die entwickelten druckbaren, feinkörnigen, hochfesten Betone systematisch zu charakterisieren. Die Analysen der umfangreichen experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der Strukturaufbaudes frischen Zementleims mit dem Ansatz der konstanten effektiven Dehnung ermittelt werdenkann, diese hinreichend groß sein muss, um den statische Fließgrenze zu erreichen (Strukturbruch). Die Simulationsergebnisse aus dem entwickelten CFD-Modell (computational fluid dynamics) für Virtual SLIPER (slidingpiperheometer) korrelierten mit experimentellen Messungen. Im CFD-Modell wurde eine Gleitschicht zwischen Wandung und Kernbeton implementiert und deren Viskosität mit dem Krieger-Dougherty-Modell berechnet. Die Gültigkeit der vorgeschlagenen Inline-Charakterisierung der Extrusion wurde durch den Vergleich der Ergebnisse von RAM-Extrusion- und Viskometerprüfungen nachgewiesen. Die spezifische Extrusionsenergie, d.h. der Energieverbrauch pro extrudierte Einheitsvolumen, stieg mit zunehmender Fließgrenze und plastischer Viskosität des Betons. Die Parameter zur Beschreibung der Verbaubarkeit wurden mit einem praxisorientierten Ansatz identifiziert. Das vorgeschlagene Modell berücksichtigt Maschinen-, Arbeits-, Materialkosten sowie die Art des 3D-Drucks. Die Eigenschaften des Verbunds zwischen den Schichten hängen stark vom Zeitintervall zwischen der Ablage der Schichten, der Bindemittelzusammensetzung und der Porosität/Rauheit des Substrats ab. Eine ungünstige Parameterwahl kann zu fatalen Folgen führen. Der teilweise Ersatz von Portlandzement durch puzzolanische Zusatzstoffe führte zu einem schnelleren Strukturaufbau, eines verbesserten Zwischenschichtverbundes und günstigen mechanischen Eigenschaften. Die in dieser Arbeit entwickelte Werkzeuge zur Materialcharakterisierung und die damit ermittelten Ergebnisse schaffen eine Grundlage für eine genaue und zuverlässige Materialcharakterisierung zementgebundener Materialien für den Einsatz beim 3D-Druck durch selektive Ablage. / Extrusion-based 3D-printing — also referred to as digital construction (DC) — involves automated layer-by-layer deposition of 3D-printable cement-based materials (3PCs). DC enables speedy, economic and formwork-free construction in addition to quasi-unlimited architectural design flexibility. To ensure these advancements with DC, the rheological and mechanical properties of 3PCs need to be accurately measured and optimised according to the technological requirements. Inherently, the 3D-printed elements can reveal weak layer-to-layer interfaces, which form the weakest links in the entire structure and imply pronounced anisotropy. To fulfil the process requirements and to prevent weak bonds, the 3PCs should exhibit particular, precisely controllable rheological properties, such as static yield stress and its development in time due to structural build-up. The complex and partly contradictory material requirements of 3PCs necessitates comprehensive experimental investigations. This is a great challenge since there are no standard test methods for the material characterisation of 3PCs. In this research, while following an overarching aim of developing high-performance 3PCs for on-site DC, the author focused on material characterisation. The primary requirements to 3PCs — pumpability, extrudability, buildability and layer-to-layer bond — are investigated. The deliverables are methods for a) strain-based measurement of structural build-up, b) computationally estimating pumping pressures, c) inline extrudability characterisation, d) practice-oriented determination of buildability test parameters and e) micro- and macroscopic insights on layer-to-layer interface properties. A 3D-printing test device with a progressive cavity pump, a concentric cylinder Couette rheometer, ram extruder and scanning electron microscope were the major devices applied to systematically characterise the printability of developed fine-grained high-strength 3PCs. The extensive analyses of the experimental results revealed that structural build-up can be characterised with constant effective strain approach. To do so, this effective strain must be high enough to ensure flow-onset. Simulation results obtained using the developed CFD (computation fluid dynamics) model called virtual Sliper (sliding pipe rheometer) correlated with experimental measurements. Lubricating layer was implemented into the CFD model and its viscosity could be calculated using Krieger-Dougherty model. Comparative analyses of ram-extrusion and viscometer tests substantiated the significance of the proposed inline extrudability quantification method for 3PCs. The unit extrusion energy, i.e. energy consumed per extruded unit volume of 3PC, increased with increasing yield stress and plastic viscosity of 3PCs. Buildability tests’ parameters were identified with a practice-oriented approach. The proposed model takes machine, labour, material costs and DC approach type into consideration. Layer-to-layer interface properties were shown to be highly sensitive to time interval between subsequent layers, binder composition, and substrate porosity/roughness. An improper choice of parameters can lead to fatal consequences. Furthermore, it was demonstrated that partial replacement of Portland cement with supplementary cementitious materials causes high structuration rate (structural build-up), superior interface properties and satisfactory mechanical performance. Developed test methods and the obtained results establish a basis for accurate and reliable material characterisation of cementitious materials in the context of extrusion-based digital construction.

Aus der Einleitung: "Auf der Hannovermesse 2011 wurde zum ersten Mal der Begriff "Industrie 4.0" der Öffentlichkeit bekannt gemacht. Die Akademie der Technikwissenschaften hat in einer Arbeitsgruppe diese Grundidee der vierten Revolution der Industrieproduktion weiterbearbeitet und 2013 in einem Abschlussbericht mit dem Titel „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ veröffentlicht (BmBF, 2013). Die Grundidee besteht darin, wandlungsfähige und effiziente Fabriken unter Nutzung moderner Informationstechnologie zu entwickeln. Basistechnologien für die Umsetzung der intelligenten Fabriken sind: — Cyber-Physical Systems (CPS) — Internet of Things (IoT) und Internet of Services (IoS) — Big Data Analytics and Prediction — Social Media — Mobile Computing Der Abschlussbericht fokussiert den Wertschöpfungsschritt der Produktion, während die Fragen der Produktentwicklung weitgehend unberücksichtigt geblieben sind. Die intelligente Fabrik zur Herstellung intelligenter Produkte setzt aber auch die Weiterentwicklung der Produktentwicklungsmethoden voraus. Auch hier gibt es einen großen Handlungsbedarf, der sehr stark mit den Methoden des „Modellbasierten Systems-Engineering“ einhergeht. ..."

Der Work Space ist ein Teil eines vom BMBF-Projekt Lehrraum_digital initiierten Kommunikationsraums mit dem Ziel unterschiedliche Experten und Akteure in die Diskussion einzubeziehen. Thema sind digitalisierte Lehr- und Lernumgebungen im Kontext der Anforderungen durch die Industrie 4.0. Der Work Space bietet eine allen Teilnehmenden der GeNeMe offenstehende Feedback- und Beteiligungsmöglichkeit an der Diskussion zur Gestaltung digitaler Wissensräume und Lernwelten.

På Hannovermässan, världens ledande mässa inom industriell teknologi, i Tyskland år 2011 myntades begreppet Industrie 4.0 som beskriver den fjärde industriella revolutionen. Denna handlar om att integrera affärsprocesser med ingenjörsprocesser och på så sätt göra produktionen mer effektiv, miljövänlig och flexibel. Sedan 2011 har man även börjat tala om smarta fabriker och införande av smart teknik inom tillverkningsindustrin. Många hävdar att smart teknik och Industrie 4.0, tillsammans med vår tids krav på kundanpassade produkter, kommer att revolutionera den tillverkande industrin och förväntningarna är stora på vad smartteknik kan komma att bidra med. Denna studie syftar till att undersöka hur produktionen i tillverkande företag påverkas med hjälp av införande av smart teknik. Studien kommer att identifiera och analysera de främst påverkade faktorerna vid införande av smart teknik från år 2011 och framåt. De faktorer som identifierats och studeras närmare är; flexibilitet, kostnader, ledtider, miljöpåverkan, produktkvalitet och tillförlitlighet. I arbetet att hitta de faktorer som främst påverkar produktionen i tillverkande företag vid införande av smart teknik har främst två metoder använts. En inledande litteraturstudie gjordes för att identifiera de vanligast förekommande faktorerna. Valda faktorer verifierades därefter med hjälp av intervjuer och studiebesök hos två tillverkande företag som implementerat smart teknik, Scania CV AB och Volvo Car Corporation. Under vald tidsperiod har dessa företag tillsammans med KTH genomfört projektet FFI Line informationsystem architecture (LISA), där LISA är en variant av en smart fabrik. En slutsats som dragits i denna studie är att de faktorer som främst påverkas med hjälp av smart teknik inom tillverkningsindustrin är några av de som identifierades vid undersökningens start; flexibilitet, kostnader, miljöpåverkan och tillförlitlighet. Exempel på hur dessa påverkas presenteras vidare; om en informationsarkitektur (såsom LISA) implementeras blir det lättare att genomföra förändringar i maskinparken, det gör processkedjan mer dynamisk vilket ger en ökad flexibilitet för företagen. Med hjälp av uppkopplade enheter kan företagen snabbare informeras om fel i produktionen och på så sätt minska mängden kassationer vilket innebär kostnadsbesparingar. Genom att hastighetsanpassa motorer samt att optimera robotars rörelser, exempelvis genom att i större utsträckning använda mjuka rörelser, kan energi sparas och därmed ge en minskad miljöpåverkan. Dock blir företagen vid införande av smart teknik beroende av uppkoppling och det blir då viktigt att säkerställa att tillförlitliga system används om problem uppstår. Andra faktorer som påverkas är ledtider och produktkvalitet, som dock snarare påverkas som konsekvenser av att ovan nämnda faktorer påverkas. Ytterligare en slutsats är att Industrie 4.0 inom svensk tillverkningsindustri betraktas som en evolution snarare än en revolution och att den smarta tekniken är något som implementerats gradvis. / The term Industrie 4.0 was first coined in Germany 2011, at the Hannover Messe, the world’s leading Trade Fair for Industrial Technology. It is a term describing the fourth Industrial Revolution. This revolution concerns making production more efficient, environmentally friendly and flexible, by integrating business processes with engineering processes. Since 2011, smart factories and implementation of smart technology in manufacturing has also been a major talking point. Many claim that smart technology and Industrie 4.0, together with the increasing demands for customization, will revolutionize the manufacturing industry and the expectations for what smart technology will contribute with are great. The purpose of the study is to investigate what factors of the production in manufacturing companies are affected by the introduction of smart technology, from year 2011 onwards. The factors identified and investigated are; flexibility, costs, lead times, environmental impact, product quality and reliability. The study was conducted in two stages. First, a literature study to identify and investigate the factors, and second, visits, interviews and verification of the factors with two manufacturing companies who have both implemented smart technology; Scania CV AB and Volvo Car Corporation. During the selected time period, these companies have, together with KTH, participated in the FFI Line information system architecture project (LISA) project where LISA is a type of smart factory; an information architecture. A conclusion to be drawn is that the factors mostly affected by smart technology within the manufacturing industry are some of those identified in this study; flexibility, costs, environmental impact and reliability. Examples of impact are; if an information architecture (for example LISA) is implemented, it becomes easier to implement changes in the factory. This makes the process chain more dynamic, which gives the company greater flexibility. With the help of connected units, companies are faster informed about errors in the production, which makes it possible to decrease the amount of scrap. This leads to cost savings. Also, by using speed-controlled engines and by optimizing the movements of robots, energy can be saved, which leads to less environmental impact and also cost savings. Though, by implementing smart technology, companies also make themselves dependent on wireless connectivity. Therefore, it becomes important to make sure reliable systems are used. Other factors affected by the implementation of smart technology are lead times and product quality, but they are rather affected as consequences of the affection of the other factors, mentioned above. Another conclusion to be drawn is that Industrie 4.0, within Swedish manufacturing, is considered to be an evolution rather than a revolution and smart technology is something that is implemented gradually.

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