WO2002017131A2 - System und verfahren zur kommunikation zwischen einer mobilen datenverarbeitungsvorrichtung und einer stationären datenverarbeitungsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System zur Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1), insbesondere eines Client im Bereich von Augmented-Reality-Techniken bei einem Automatisierungssystem und/oder einer Produktions- und/oder Werkzeugmaschine oder Teilen davon, mit einem auf der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1) installierten Browser (2) zur Kommunikation mit einer stationären Datenverarbeitungsvorrichtung (3), wobei die stationäre Datenverarbeitungsvorrichtung (3) folgende Komponenten (4, 5, 6, 7) aufweist: einen Server (8) zur Kommunikation mit dem Browser (2) der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1), einen InfoBroker (5) zur situationsgerechten Bereitstellung von Informationen, wobei der InfoBroker den aktuellen Kontext, insbesondere Ort, Arbeitssituation, verwendete EA-Geräte sowie das Infomodell (4) nutzt, ein Infomodell (4) als eine Repräsentation des Informationsraums und zur Sicherstellung einer Navigation innerhalb der Information sowie eines Zugriff auf die Informationen unabhängig von nachgeschalteten Legacy-Systemen für den InfoBroker (5), Legacy-Systeme (7), die Informationen enthalten und speichern.
Description
Beschreibung
System und Verfahren zur Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung und einer stationären Datenver- arbeitungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein System zur Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere eines Client im Bereich von Augmented-Reality- echniken bei ei- nem Automatisierungssystem und/oder einer Produktionsund/oder Werkzeugmaschine oder Teilen davon, mit einem auf der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung installierten Browser zur Kommunikation mit einer stationären Datenverarbeitungsvorrichtung.
Ein derartiges System und Verfahren kommt beispielsweise im Bereich der Automatisierungstechnik, bei Produktions- und Werkzeugmaschinen., bei Diagnose-/Serviceunterstützungssyste- men sowie für komplexe Komponenten, Geräte und Systeme, wie beispielsweise Fahrzeuge und industrielle Maschinen und Anlagen zum Einsatz . Ein besonders vorteilhafte Anwendung besteht im Zusammenhang mit AR (Augmented Reality =erweiterte Realität) , einer neuen Form der Mensch-Technik-Interaktion, bei der dem Anwender Informationen in sein Sichtfeld eingeblendet werden - beispielweise über eine Datenbrille. Die Einblendung geschieht jedoch kontextabhängig, d.h. passend und abgeleitet vom betrachteten Objekt, z.B. einem Bauteil. So wird das reale Sichtfeld beispielweise eines Monteurs durch eingeblendete Montagehinweise um für ihn wichtige Informationen erweitert . In diesem Falle kann Augmented Reality unter anderem das herkömmliche Montagehandbuch ersetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und Verfahren zur Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverar- beitungsvorrichtung und einer stationären Datenverarbeitungs- Vorrichtung anzugeben, das ein effektives drahtloses Informa-
nagement vor Ort insbesondere im Zusammenhang mit AR-Anwen- dungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein System sowie durch ein Verfahren mit den in den Ansprüchen 1 bzw. 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
Augmented Reality (="erweiterte Realität") ist eine neue Form der Mensch-Technik-Interaktion, bei der dem Anwender Informa- tionen in sein Sichtfeld eingeblendet werden - beispielweise über eine Datenbrille. Die Einblendung geschieht jedoch kontextabhängig, d.h. passend und abgeleitet vom betrachteten Objekt, z.B. einem Bauteil. So wird das reale Sichtfeld beispielweise eines Monteurs durch eingeblendete Montagehinweise um für ihn wichtige Informationen erweitert. In diesem Falle kann Augmented Reality unter anderem das herkömmliche Montagehandbuch ersetzen. Der hier vorgestellte Lösungsansatz bezieht sich auf den Einsatz von Augmented Reality (AR) in der Montage sowie im Bereich Service und Wartung.
Die vorgeschlagene Lösung besteht aus mobilen Systemen, welche mittels drahtloser Übertragungstechniken mit einer IT- Infrastruktur verbunden sind. Die Verbindung zur IT-Infrastruktur erfolgt mit Hilfe gängiger Kommunikationskomponenten und Webtechniken. Auf dem mobilen System befindet sich ein 'leerer' Internet-Browser. Bei Bedarf werden vom Browser Standard-Plugins (PDF, CAD, ...) sowie ein spezielles Plugin für Augmented Reality nachgeladen. Der Internet Browser kommuniziert mit Web-Servern, denen für die Beschaffung / Be- reitstellung von Informationen weitere Komponenten nachgeschaltet sind: • InfoBroker
Aufgabe des InfoBrokers ist die situationsgerechte Bereitstellung von Informationen. Dabei nutzt der InfoBroker den aktuellen Kontext (Ort, Arbeitssituation, verwendete EA- Geräte) sowie das InfoModell. Der InfoBroker unterstützt das freie Navigieren durch den Datenbestand.
• I foModell
Das InfoModell ist eine Repräsentation des Informationsraums und ermöglicht dem InfoBroker eine Navigation innerhalb der Information sowie einen Zugriff auf die Informa- tionen unabhängig von den nachgeschalteten Legacy- Systemen.
• Legacy-Systeme (z.B. PMMS = Plant Maintenance Management System oder PDM = Product Data Management) enthalten und speichern die Informationen • Adaption EA-Geräte
Die Informationen für Benutzerinteraktionen sind repräsentationsfrei aufgebaut und werden abhängig vom aktuellen •Kontext auf das spezifische Hardware-Profil abgebildet. Dies ermöglicht den einfachen Wechsel der Interaktions- gerate (z.B. Ausgabe über Display oder Sprache). Die Beschreibung der repräsentationsfreien Information erfolgt mit Hilfe von XML.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un- teransprüchen und werden im Zusammenhang mit den Ausführungs- beispielen noch näher erläutert .
Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und er- läutert.
Es zeigt:
FIG 1 ein prinzipielles Blockschaltbild zum Systemaufbau eines Systems zur webbasierten Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung und einer stationären Datenverarbeitungsvorrichtung.
FIG 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild zum Systemaufbau eines Systems zur webbasierten Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung 1 und einer statio-
nären Datenverarbeitungsvorrichtung 3. Die mobile Datenverarbeitungsvorrichtung 1, im folgenden auch als Client bezeichnet, enthält einen Internetbrowser 2 zur Kommunikation mit einem Web-Server 8 der stationären Datenverarbeitungsvorrich- tung 3, die im folgenden auch als Server bezeichnet wird. Die drahtlose Kommunikation zwischen der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung 1 und der stationären Datenverarbeitungsvorrichtung 3 erfolgt über eine drahtlose Kommunikationsnetzstelle 14. Der Internet-Browser 2 kann sogenannte Standard- Plugins 10 sowie bei Bedarf auch ein spezielles AR-Plugin 9 für Augmented Reality nachladen. Die mobile Datenverarbeitungsvorrichtung 1 ist beispielsweise in Form eines mobilen Gerätes mit einem Display 10 oder in anderen Varianten als Headset mit Datenbrille etc. ausgebildet. Die stationäre Da- tenverarbeitungsvorrichtung enthält neben dem Web-Server 8 einen InfoBroker 5 ein Infomodell 4, Legacy-Systeme 7 sowie einen Adaptionsteil für Ein/Ausgabegeräte 6. Realisiert ist die stationäre Datenverarbeitungseinrichtung 3 in Form von RechnerSystemen oder Einzelrechnern 11, 12, 13.
Im Umfeld Montage, Service und Wartung werden die durchzuführenden Tätigkeiten immer komplexer und steigern dadurch den Informationsbedarf vor Ort . Der Informationsbedarf in diesem Umfeld wird heute durch ein weites Spektrum von Lösungen be- friedigt. An einem Ende steht die reine Papierdokumentation, am anderen Ende existieren Lösungen mit einem tragbaren Computer (wearable) . Die PC-basierten Lösungen sind jedoch häufig Speziallösungen, die mit der IT-Infrastruktur nicht sauber vernetzt sind und daher Synchronisationsprobleme mit den zentralen Systemen verursachen. Ein weiterer Nachteil heutiger mobiler Lösungen auf PC-Basis liegt in der Übernahme der Bedienparadigmen der PC-Anwendungen, die nicht für einen Handsfree-Einsatz ausgelegt sind. Zusätzlich' befinden sich Applikation und Daten auf dem mobilen Gerät und setzen damit leistungsfähige Systeme voraus. Diese Lösungen sind nur für eine kleine Klasse von Anwendungsfällen sinnvoll nutzbar, da sie nicht einfach hantierbar sowie teuer und aufwendig sind.
Der hier vorgestellte Lösungsansatz bezieht sich auf den Einsatz von Augmented Reality (AR) in der Montage sowie im Bereich Service und Wartung.
Die vorgeschlagene Lösung besteht aus mobilen Systemen, welche mittels drahtloser Übertragungstechniken mit einer IT- Infrastruktur verbunden sind. Die Verbindung zur IT-Infrastruktur erfolgt mit Hilfe gängiger Kommunikationskomponenten und Webtechniken. Auf dem mobilen System befindet sich ein 'leerer' Internet-Browser. Bei Bedarf werden vom Browser
Standard-Plugins (PDF, CAD, ...) sowie ein spezielles Plugin für Augmented Reality nachgeladen.
Der Internet Browser kommuniziert mit Web-Servern, denen für die Beschaffung / Bereitstellung von Informationen weitere Komponenten nachgeschaltet sind:
• InfoBroker
Aufgabe des InfoBrokers ist die situationsgerechte Bereitstellung von Informationen. Dabei nutzt der InfoBroker den aktuellen Kontext (Ort, Arbeitssituation, verwendete EA- Geräte) sowie das InfoModell. Der InfoBroker unterstützt das freie Navigieren durch den Datenbestand.
• InfoModell
Das InfoModell ist eine Repräsentation des Informations- raums und ermöglicht dem InfoBroker eine Navigation innerhalb der Information sowie einen Zugriff auf die Informationen unabhängig von den nachgeschalteten Legacy-Systemen.
• Legacy-Systeme Legacy-Systeme (z.B. PMMS , PDM) enthalten und speichern die Informationen.
• Adaption EA-Geräte
Die Informationen für Benutzerinteraktionen sind repräsentationsfrei aufgebaut und werden abhängig vom aktuellen Kontext auf das spezifische Hardware-Profil abgebildet. Dies ermöglicht den einfachen Wechsel der Interaktionsgeräte (z.B. Ausgabe über Display oder Sprache). Die Be-
Schreibung der repräsentationsfreien Information erfolgt mit Hilfe von XML1.
AR-Plugin Das AR-Plugln ist zuständig für die Präsentation der augmen- tierten Information und kommuniziert dabei mit (ebenfalls nachladbaren) Komponenten, die für die Steuerung der Präsentation (z.B. Sprach-interaktion) notwendig sind.
InfoModell
Das InfoModell ist eine Repräsentation des Informationsraums . Das Modell wird durch ZusatzInformationen (Metainformationen) angereichert (z.B. Inhalt, Titel, Stichwörter). Dadurch können auch Suchmechanismen in das System integriert werden. Die eigentlichen Dokumente verbleiben in den Legacy-Systemen
(z.B. Datenbanken, File-Systeme, PDM2-Systeme, etc.). D.h. es wird keine mehrfache Datenhaltung betrieben.
Mobiles Gerät Das mobile Endgerät benötigt im Wesentlichen einen Internet Browser. Je nach gewünschter Funktionalität im AR-Bereich können daher Systeme von kleinen Palmsize-PCs bis zu kompletten tragbaren PCs eingesetzt werden. Auch die notwendige pe- riphere Ausstattung der mobilen Geräte richtet sich nach dem Umfang der Augmentierung. Typische Peripheriegeräte sind:
• Headset für Interaktion über Sprache
• Datenbrille für direktes Einblenden der Informationen in das Sichtfeld des Anwenders
• Videokamera für Tracking, Dokumentation, etc.
• TrackingsSysteme für die Identifikation des Standorts, der Blickrichtung, etc .
Drahtlose Kommunikation
Die Kommunikation zwischen Internet Browser und Web-Server erfolgt drahtlos mit unterschiedlichen, jeweils an den Einsatzbereich angepassten Techniken. Beispiele sind:
• Bluetooth für den Nahbereich • Wireless LANs
• GSM / GPRS / UMTS für den Fernbereich
Der Umfang der übertragenen Informationen wird vom AR-System an die zur Verfügung stehenden Bandbreite angepasst.
Vorteile der Lösung:
Die Kombination von Web-Techniken, Augmented Reality-Funktio- nen sowie Informationssystemen entsteht ein höherwertiges DV- System mit einer Reihe von Vorteile. • Thin Client - Ansatz
Sehr gute Skalierbarkeit im Bereich des mobilen Endgeräts, da im Low-End-Bereich im Wesentlichen ein Gerät mit Internet-Browser benötigt wird. D.h. es lassen sich auch nicht PC-basierte Systeme nutzen. (Gewichts-, Hantierungs- und Kostenvorteile) .
• Einbindung in IT-Landschaft
Der vorgeschlagene Ansatz eignet sich hervorragend für die Einbindung in bestehende und zukünftige IT-Landschaften (Trend in Richtung Web) . Für den Anwender lässt sich somit eine hohe Datendurchgängigkeit ohne aufwändige Synchronisationen erreichen.
• Automatische Konfiguration
Durch die Realisierung der AR-Funktionalität als Plugin, kann die gesamte Anwendungs-Software über gängige Web- Mechanismen automatisch nachgeladen werden.
• Mobilität
Durch die leichten, handlichen Endgeräte sowie die Funkan-
bindung an die IT-Infrastruktur ergibt sich für den Anwender eine hohe Mobilität.
• Handsfree
Die unterstützte Peripherie (Headset, Datenbrille, etc. ) ermöglicht ein Handsfree-Arbeiten in den Bereichen Montage, Service und Wartung.
• Online
Die mögliche Online-Kopplung zur IT-Infrastruktur des Anwenders ermöglicht eine direkte Aktualisierung von Daten sowohl auf dem mobilen System als auch in dem dahinterlie- genden Backend-System.
• Nutzung von Standards
Durch die Nutzung von Web-Standards kann man mehrfach an Weiterentwicklungen in diesem Bereich partizipieren. Dies sind einerseits neue Protokolle / neue Leistungen im Web- Umfeld, andererseits auch die Weiterentwicklungen von mobilen Endgeräten, die einen Web-Zugang ermöglichen.
Claims
1. System zur Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1) , insbesondere eines Client im Be- reich von Augmented-Reality-Techniken bei einem Automatisierungssystem und/oder einer Produktions- und/oder Werkzeugmaschine oder Teilen davon, mit einem auf der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1) installierten Browser (2) zur Kommunikation mit einer stationären Datenverarbeitungsvorrich- tung (3), wobei die stationäre Datenverarbeitungsvorrichtung (3) folgende Komponenten (4, 5, 6, 7) aufweist:
• einen Server (8) zur Kommunikation mit dem Browser (2) der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1) ,
• einen InfoBroker (5) zur situationsgerechten Bereitstel- lung von Informationen, wobei der InfoBroker den aktuellen
Kontext, insbesondere Ort, Arbeitssituation, verwendete EA-Geräte sowie das Infomodell (4) nutzt,
• ein Infomodell (4) als eine Repräsentation des Informationsraums und zur Sicherstellung einer Navigation innerhalb der Information sowie eines Zugriff auf die Informationen unabhängig von nachgeschalteten Legacy-Systemen für den InfoBroker (5) ,
• Legacy-Systeme (7) , die Informationen enthalten und speichern.
2. System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die stationäre Datenverarbeitungsvorrichtung (3) weiter folgende Komponente (6) aufweist: • Adaption EA-Geräte, wobei die Informationen für Benutzerinteraktionen repräsentationsfrei aufgebaut sind und abhängig vom aktuellen Kontext auf das spezifische Hardware- Profil abgebildet werden.
3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschreibung der repräsentationsfreien Information mit Hilfe von XML (Extensible Markup Language) erfolgt.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Client eine Komponente AR-Plugln (9) aufweist, die zuständig für die Präsentation der augmentierten Information ist und dabei kommuniziert mit (ebenfalls nachladbaren) Komponenten, die für die Steuerung der Präsentation (z.B. Sprach-interaktion) notwendig sind.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das InfoModell (4) eine Repräsentation des Informations- raums ist, wobei das Modell durch ZusatzInformationen (Meta- informationen) angereichert wird.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kommunikation zwischen Internet Browser (2) und Web- Server (8) drahtlos erfolgt mit unterschiedlichen, jeweils an den Einsatzbereich angepassten Techniken, insbesondere mit
• Bluetooth für . den Nahbereich
• Wireless LANs • GSM / GPRS / UMTS für den Fernbereich, wobei der Umfang der übertragenen Informationen wird vom AR- System an die zur Verfügung stehenden Bandbreite angepasst wird.
7. Verfahren zur Kommunikation zwischen einer mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1) , insbesondere eines Client im Bereich von Augmented-Reality-Techniken bei einem Automatisierungssystem und/oder einer Produktions- und/oder Werkzeugmaschine oder Teilen davon, mit einem auf der mobilen Daten- Verarbeitungsvorrichtung (1) installierten Browser (2) zur , Kommunikation mit einer stationären Datenverarbeitungsvor- richtung (3), wobei die stationäre Datenverarbeitungsvorrichtung (3) folgende Komponenten (4, 5, 6, 7) aufweist:
• einen Server (8) zur Kommunikation mit dem Browser (2) der mobilen Datenverarbeitungsvorrichtung (1) , • einen InfoBroker (5) zur situationsgerechten Bereitstellung von Informationen, wobei der InfoBroker den aktuellen Kontext, insbesondere Ort, Arbeitssituation, verwendete EA-Geräte sowie das Infomodell (4) nutzt,
• ein Infomodell (4) als eine Repräsentation des Informati- onsraums und zur Sicherstellung einer Navigation innerhalb der Information sowie eines Zugriff auf die Informationen unabhängig von nachgeschalteten Legacy-Systemen für den InfoBroker (5) ,
• Legacy-Systeme (7), die Informationen enthalten und speichern. )
8. Verfahren nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die stationäre Datenverarbeitungsvorrichtung (3) weiter folgende Komponente (6) aufweist:
• Adaption EA-Geräte, wobei die Informationen für Benutzerinteraktionen repräsentationsfrei aufgebaut sind und abhängig vom aktuellen Kontext auf das spezifische Hardware- Profil abgebildet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschreibung der repräsentationsfreien Information mit Hilfe von XML (Extensible Markup Language) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Client eine Komponente AR-Plugln (9) aufweist, die zuständig für die Präsentation der augmentierten Information ist und dabei kommuniziert mit (ebenfalls nachladbaren) Komponenten, die für die Steuerung der Präsentation (z.B. Sprach-interaktion) notwendig sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das InfoModell (4) eine Repräsentation des Informations- raums ist, wobei das Modell durch Zusatzinformationen (Meta- Informationen) angereichert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kommunikation zwischen Internet Browser (2) und Web- Server (8) drahtlos erfolgt mit unterschiedlichen, jeweils an den Einsatzbereich angepassten Techniken, insbesondere mit
• Bluetooth für den Nahbereich
• Wireless LANs
• GSM / GPRS / UMTS für den Fernbereich, wobei der Umfang der übertragenen Informationen wird vom AR- System an die zur Verfügung stehenden Bandbreite angepasst wird.
13. Mobile Datenverarbeitungsvorrichtung (1) für ein System und/oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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