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Bohranlagen konstruieren mit digitalem Zwilling

FH Münster: Bohranlagen konstruieren mit digitalem Zwilling
Bohranlagen konstruieren mit digitalem Zwilling. Foto: FH Münster:
Onshore-Bohranlagen fördern auf dem Festland Erdöl zutage. Sie jedoch zu planen, zu konstruieren oder zu modernisieren, ist aufgrund ihrer Größe, der darin verbauten Technik und dem damit verbundenen Aufwand äußerst kostspielig. Was wäre also, wenn man einen repräsentativen Prototyp einer solchen Bohranlage als digitalen Zwilling auch wesentlich günstiger in einer virtuellen Umgebung herstellen könnte, der für Nutzer*innen vergleichbar mit einer realen Anlage ist?

AUF EINEN BLICK

  • Während professionelle Bohrer*innen den realen Prototyp ausprobiert haben, hat König den VR-Test mit Studierenden an der Hochschule durchgeführt.
  • Die Nutzer*innen setzten sich eine VR-Brille auf und arbeiteten mit Controllern in den Händen im Cockpit einer digitalen Bohranlage.
  • Das Fazit: Mit dem virtuellen Prototyp kamen die Nutzer*innen gut zurecht, es gab kaum Unterschiede zur Arbeit mit den realen Modellen –  VR ist also eine echte Alternative.

Simon König ist dieser Frage in seiner Masterarbeit am Fachbereich Physikingenieurwesen der FH Münster nachgegangen – und das äußerst erfolgreich: Für seine Forschung wurde er mit dem Hochschulpreis am Fachbereich ausgezeichnet.

„Eine Bohranlage in der Virtual Reality – kurz: VR – zu simulieren, hat viele Vorteile“, weiß König. „Man kann sie realistisch programmieren, kurzerhand beliebig viele Komponenten darin austauschen und so evaluieren, ob die Veränderungen sinnvoll sind. Das wäre bei einer echten Anlage sehr aufwändig und teuer.“ Doch kann ein virtueller Prototyp auch mit einem realen mithalten? Um dies herauszufinden, hat König in seiner Arbeit einen echten Prototyp mit einem virtuellen verglichen und dazu Nutzer*innentests an beiden Varianten durchgeführt.

Während professionelle Bohrer*innen den realen Prototyp ausprobiert haben, hat König den VR-Test mit Studierenden an der Hochschule durchgeführt. Die Nutzer*innen setzten sich eine VR-Brille auf und arbeiteten mit Controllern in den Händen im Cockpit einer digitalen Bohranlage. „Sie sollten verschiedene Aufgaben durchführen und zum Beispiel den Kraftdrehkopf des Bohrers bedienen“, erklärt er. Dabei hat König die Erfolgsquote, Bearbeitungsdauer, Anwenderakzeptanz, Nutzererfahrung und den Lernerfolg durch Übungen und einen Fragebogen ermittelt, analysiert und miteinander verglichen. Das Fazit: Mit dem virtuellen Prototyp kamen die Nutzer*innen gut zurecht, es gab kaum Unterschiede zur Arbeit mit den realen Modellen –  VR ist also eine echte Alternative.

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FH Münster: Bohranlagen konstruieren mit digitalem Zwilling
Simon König erhält für seine Masterarbeit den Hochschulpreis am Fachbereich Physikingenieurwesen der FH Münster. Foto: FH Münster/Frederik Tebbe

Königs Erstprüfer Prof. Dr. Claus Backhaus sieht die Arbeit als äußerst hilfreich für die Industrie: „Sie kann als wegweisend für den Einsatz von VR in der Entwicklung komplexer soziotechnischer Systeme angesehen werden.“

Auch nach seinem Masterabschluss bleibt König der FH Münster treu. Im Zentrum für Ergonomie und Medizintechnik am Bürgerkamp in Steinfurt promoviert er inzwischen zur Augmented Reality (AR) als Hilfestellung in Notfallsituationen. Während Nutzer*innen in der VR in eine komplett virtuelle Umgebung eintauchen, projiziert die AR-Brille digitale Informationen ins reale Blickfeld. „Wenn zum Beispiel eine Herz-Lungen-Maschine ausfällt, werden in der Regel Kardiotechniker und Kardiotechnikerinnen gerufen. Mit AR-Brillen können sie Personal vor Ort jedoch per Fernwartung anleiten“, so König.

Arbeit gewinnt Hochschulpreis

Gerade einmal ein Prozent aller Absolvent*innen eines Jahrgangs erhält ihn: den Hochschulpreis. Jedes Jahr kürt das Präsidium gemeinsam mit der Gesellschaft der Freunde der FH Münster e. V. (gdf) auf Vorschlag der Fachbereiche die besten Abschlussarbeiten. Zu den Preisträger*innen des Hochschulpreises für die besten Arbeiten aus 2021 gehört auch Simon König vom Fachbereich Physikingenieurwesen. Er erhält den Preis für seine Masterarbeit „Vergleichende Usability-Evaluation einer Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Steuerung einer Onshore-Bohranlage in realer und virtueller Umgebung“.

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