Das Virtual Dimension Center (VDC) hat die Anwendungsfelder und Chancen Virtueller Techniken in textilen Anwendungen nun in einem Whitepaper aufgearbeitet. Dieses Whitepaper kann kostenfrei von der VDC-Website heruntergeladen werden.

1. MITTEILUNG • INFORMATION • COMMUNIQUÉ
VDC veröffentlicht Whitepaper „Virtuelle Techniken in textilen
Anwendungen“
Das Virtual Dimension Center (VDC) hat die Anwendungsfelder und Chancen Virtueller
Techniken in textilen Anwendungen nun in einem Whitepaper aufgearbeitet. Dieses
Whitepaper kann kostenfrei von der VDC-Website heruntergeladen werden.
Fellbach, 23.11.2013
Die deutsche Textilindustrie war in den vergangenen Jahrzehnten einem stetigen Wandel
unterzogen, der unter anderem die Abwanderung eines guten Teils der Produktionskapazitäten in Niedriglohnländer gezeigt hat. Gleichzeitig zeigte sich aber, dass die High-TechZulieferer dieses Industriezweigs sich am Standort Deutschland gut behaupten. Diese HighTech-Zulieferer haben einen beträchtlichen Anteil an der Wettbewerbsfähigkeit der einsetzenden Textilunternehmen. Diese sehen sich heute vielfältigen Herausforderungen gegenüber. Dazu zählt natürlich hoher Konkurrenz- und Kostendruck, gepaart mit schnellen Produktwechseln und großem Variantenreichtum emotionaler Produkte. Entwurf, Produktion
und Verkauf können räumlich getrennt sein. Wirft man einen weiteren Blick auf die Produktentwicklung textiler Halbzeuge, so ist diese noch immer durch ein langwieriges und
kostspieliges Trial-and-Error gekennzeichnet: zahlreiche Fertigungsmethoden wie Weben,
Stricken, Wirken, Flechten existieren. Jeder dieser Prozesse aber besitzt zahlreiche Parameter
zur Gestaltung und Ausführung des Strukturaufbaus. Die Komplexität der erzeugten Strukturen führt in der Folge dazu, dass deren Berechnung für Simulation und Visualisierung (Virtuelle Techniken) sehr aufwändig ist. Dennoch haben sich zahlreiche Anwendungsfelder
Virtueller Techniken im Textilumfeld herausgebildet.
Diese Anwendungsfelder lassen sich heute in vier große Gruppen einteilen: physikalische
Simulation, virtuelle Entwicklung, Textilmaschinenbau und digitale Präsentation von Textilien. Zur Umsetzung ist die Beherrschung verschiedener Methoden und Technologien notwendig. Dazu zählen Entwurfsmethoden und -werkzeuge, Simulationsalgorithmen, Computer Aided Engineering (CAE), Visualisierungsalgorithmen, Computer Generated Imagery
(CGI), Material-Scanning, High-Dynamic-Range(HDR)-Materialmodelle und Product Lifecycle
Management (PLM).
Einsatzfeld „Physikalische Simulation“
In der physikalischen Simulation textiler
Werkstoffe geht es um die technisch und
mathematisch richtige Darstellung und
Bewertung mechanischer Textileigenschaften. In der Struktursimulation erfolgt
dazu eine Betrachtung auf der MikroEbene von Faden, Gewebe, Gewirk, Geflecht usw. Mechanische Ersatzmodelle
Drapiersimulation eines Aramidgewebes
(wie Federsysteme) kommen zur Be[Bild: ITV Denkendorf]
schleunigung der Berechnung zum Einsatz. Zu den berechneten mechanischen Eigenschaften gehören die Verformung und BelasVirtual Dimension Center Fellbach
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2. MITTEILUNG • INFORMATION • COMMUNIQUÉ
tung für unterschiedlichste Belastungsarten wie Zug, Scherung, Impact, Drapierung und
Temperatur. In der Strömungssimulation hingegen steht entweder der Durchfluss durch
Textilien (etwa Membranen) oder die Bewegung von Textilien in einem bewegten, flüssigen
Medium (Stichwort „Waschmaschinensimulator“) im Zentrum des Interesses. Starre
Umgebungsgeometrien wie etwa die Wäschetrommel können hierzu berücksichtigt werden.
Darüber hinaus gibt es Arbeiten in der (nicht-graphischen) Simulation des Waschprozesses
selbst. Ein drittes Feld in der physikalischen Simulation ist nun neu hinzugekommen: die
Simulation hinterleuchteter Textilien. Hierbei geht es darum, das optische Ergebnis von lichttechnisch wirksamen Textilien, die beispielsweise mit LED-Feldern hinterleuchtet werden,
vorherzusagen – und zwar auf der Basis eines berechneten digitalen Prototyps.
Einsatzfeld „Virtuelle Entwicklung“
Das Einsatzfeld der virtuellen Entwicklung ist heute sicher das wirtschaftlich bedeutendste.
Der Prozess des Fashion-Prototypings mit Hilfe Virtueller Techniken umfasst die Reihenmessungen oder den Full Body Scan zur Erstellung einer Entwicklungsgrundlage. Dem Entwurf
folgt die Definition im CAD-Werkzeug,
abgeleitet die Schnittmustererzeugung.
Wie in allen anderen Industriezweigen gilt
es auch hier, möglichst früh im Entwicklungsprozess möglichst viel an Produkteigenschaften und Produktfunktionalität in
einem sehr frühen Stadium des Entwicklungsprozesses absichern zu können. In
diesem Fall sind es eben Form, Sitz, Musterverlauf und Körperabstand. Im nächsten Schritt, der Design-Evaluation, haben
Virtuelle Techniken in den vergangenen
Virtueller Laufsteg
Jahren entscheidende Fortschritte ge[Bild: IRGP der Hochschule Albstadt-Sigmaringen
macht. War die fotorealistische Visualisierung vormals ausschließlich starren Festkörpern – beispielsweise Objekten im Automobiloder Maschinenbau-Bereich – so lassen sich nun auch Kleidungsstücke täuschend echt darstellen. Diese Möglichkeit wird genutzt, um eine wirklich aussagekräftige Designentscheidung rein anhand der digitalen Darstellung zu treffen, die alle Materialeigenschaften mit
sämtlichen Glanz-, Reflexions-, Schattierungseffekten sowie Faltenwurf berücksichtigt.
Gleichzeitig lässt sich diese hochrealistische Darstellung aber auch zur Qualitätssicherung
verwenden, indem reales und digitales Musterteil miteinander verglichen werden. Erste Inszenierungen werden gleichfalls möglich.
Einsatzfeld „Textilmaschinenbau“
Im Textilmaschinenbau befindet man sich tendenziell näher an den traditionellen Einsatzgebieten von Virtual Reality (VR). Gleichwohl gibt es hier natürlich die Besonderheiten zu beachten, die vor allem in der Handhabungstechnik liegen. Spezielle Anwendungsfälle liegen
damit hier in der Untersuchung der Funktionsmechanismen als Grundlage für die Entwicklung neuer, verbesserter Produkte und Verfahren. Dazu zählen der Detailentwurf des Gewebe-Herstellverfahrens, die Abbildung dynamischer Lastfälle und die Beanspruchungsberechnung/-abschätzung, etwa für Fadenbruch-Untersuchungen. Im Untersuchungsbereich
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3. MITTEILUNG • INFORMATION • COMMUNIQUÉ
liegen damit ebenfalls Wickel- und
Schrumpfungsvorgänge. Der Detailentwurf
des
Gewebe-Herstellverfahrens beinhaltet die Simulation
textiler Herstellprozesse (Flechten,
Multiaxialgewirke, Wickeln, Drapieren, Infiltration,…). Die Maschinenkonstruktion hingegen wirft den
Blick auf die Maschine als Ganzes.
Zielsetzung ist es, die GesamtfunkVirtual Design Review Textilmaschine im Team vor einer
tionsweise zu überprüfen, mit Hilfe
Powerwall [Bild: Oerlikon/ESI-IC.IDO]
eines Digital Mock-Ups Doppelbelegung von Bauraum und Kollisionen – auch unter dynamischen Randbedingungen – auszuschließen. Steuerungstechnik, dazu Aktorik und Sensorik, lassen sich am virtuellen Modell
entwerfen und deren Zusammenspiel überprüfen. Auch (mechanische) Beanspruchungen,
Servicebarkeit und Bedienergonomie sind digital prüfbar.
Einsatzfeld „Digitale Präsentation von Textilien“
In der digitalen Präsentation werden digitale 3D-Modelle von Textilien zur Erstellung fotorealistischer High-End-Renderings eingesetzt. Dabei handelt es sich letztlich um eine Substitution traditioneller Produktfotographie. Für die Verwendung in Print-Erzeugnisses bringt
diese Vorgehensweise folgende Vorteile mit sich:
Marketingmaterial kann bereits während des Entwicklungsprozesses erstellt werden (Reduktion der
Time-to-Campaign). Teure Fotoshootings werden
vermieden, Produktänderungen sind schnell und
leicht nachziehbar. Nicht nur die Präsentation des
Designs, sondern explizit der Technologie wird möglich, ebenso Explosionsdarstellungen. Schwierige
Kamerapositionen können eingenommen werden,
um neue Einblicke zu bieten, Verborgenes oder auch
die Funktionsweise zu zeigen (etwa Membranfunktion). Aus den 3D-Daten lassen sich darüber
hinaus Videos extrahieren, um Einsatz im Web, damit auch auf mobilen Endgräten zu finden. Interaktive
Web-Anwendungen
können
zu
3DKonfiguratoren weiterentwickelt werden, die das
Kundeninteresse und die Identifikation mit dem
selbst gestalteten Produkt erhöhen. Die dort auftreAnimation mehrerer überlagerter
tenden Präferenzen lassen sich im Sinne eines virtu- Kleidungsschichten [Bild: WurzelMedien]
ellen Kundendialogs interpretieren und so wieder
der Marktforschung zuführen. Virtuelle Produkttest fallen in ein ganz ähnliches Schema: so
lassen sich bereits im Vorfeld der Erstellung physischer Prototypen Variantenvergleiche fahren und damit Varianten ausdünnen. Die digitale Darstellbarkeit ganzer Kollektionen ist weiterhin von großem Vorteile, wenn es gilt, sie zum Groß-/Zwischenhändler zu vermarkten
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4. MITTEILUNG • INFORMATION • COMMUNIQUÉ
(Sell-In). Hier wäre es zu aufwändig, eine gesamte Kollektion als Musterteile zu produzieren,
um viele Varianten oder Modelle mit Kunden oder auch nur innerhalb des Unternehmens
abzustimmen. Die digitale Präsentation von Textilien kann schließlich auch direkt am Pointof-Sales (PoS) umgesetzt sein: die interaktive Präsentation des Produkts sichert das gemeinsame Verständnis, zeigt auf einfache Weise andere Varianten, zeigt die Benutzung des Produkts. Auch hier können Produktkonfiguratoren eingesetzt werden, im Gegensatz zum Web
ist am PoS aber auch eine Expertenversion denkbar, die vom Verkäufer mitbedient wird.
Weitere interessante Entwicklungen im Gebiet „digitale Präsentation von Textilien“ gibt es
einerseits im Bereich Augmented Reality (AR, zu dt. „Erweiterte Realität“). AR ist die Anreicherung eines Videobild aus der Realität mit 3D-Computergrafik. In so genannten „Magic
Mirror“-Ansätzen stellt sich das so dar, dass eine Person vor einem (großen) Bildschirm steht
und dabei gleichzeitig von vorne gefilmt wird. Dieses Videobild wird mit einem 3D-Modell
des Schuhs oder Kleidungsstücks überlagert, welches der Benutzer gerne einmal an sich
sehen würde. Das zusammengesetzte Videobild wird dann auf dem Bildschirm in Echtzeit
ausgegeben. Dieser Ansatz steht und fällt natürlich mit der Positionserkennung des Benutzers sowie mit der Verfügbarkeit eines 3D-Modells des Benutzers selbst, um die Wechselwirkung zwischen ihm und eben dem Kleidungsstück zu ermitteln. Ein weiteres Thema ist
die haptische Darstellung von Textilien. Dieses ist ein technisch sehr schwieriges Unterfangen, zu dem in der Vergangenheit bereits Forschungsprojekte aufgesetzt wurden wie etwa
das Projekt „HAPTEX“. Augenblicklich scheinen die Arbeiten in diesem Gebiet zu ruhen.
Benötigt man zur fotorealistischen, grafischen Ausgabe von Textilien auch noch die haptische Präsentation, so greift man hier nach wie vor auf physische Proben zurück.
Die Chancen
Die Chancen des Einsatzes Virtueller Techniken für textile Anwendungen liegen in den Bereichen Gesamtprozess, Zeit, Kosten und Qualität:
Gesamtprozess: Mit Hilfe Virtuellen Prototypings lassen sich frühe Entwicklungsphasen betonen, weniger Iterationsschleifen fahren, die Prozessqualität und Wettbewerbsfähigkeit
durch verbesserte Integration steigern. Zudem steigt das Verständnis phänomenologischer
Zusammenhänge durch Simulation und Berechnung. Multi-Channel-Marketing wird möglich.
Zeit: Der Einsatz Virtueller Techniken führt zu schnelleren Entwicklungszyklen, frühem Ergebnisfeedback im Entwicklungsprozess, reduzierten Unterbrechungen für Dateneingaben,
Wartezeiten und einer verringerter Time-To-Campaign.
Kosten: Physische Musterteile können ergänzt/ersetzt werden, dadurch verringern sich Kosten für Musterteile. Die Grenzen des virtuellen Halbzeugs können bzgl. seines Einsatzes analysiert werden, ohne dass zuvor teurer und zeitaufwändig Halbzeuge hergestellt werden
müssen. Es erfolgt eine günstige Einzelprobenprüfung mit Simulation anstatt teurer Gesamtteil-Prüfung. Insgesamt ergeben sich weniger Fehlerfolgekosten durch die digitale Absicherung.
Qualität: Virtuelle Techniken unterstützen die Entwicklung alternativer Produktkonzepte und
die Spezifikation des Produkts. Das 3D-Design bezieht die Körperform ein, wodurch sich
eine bessere Passform ergibt. Eine höhere Funktionalität wird erzielt, wie z. B. eine höhere
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5. MITTEILUNG • INFORMATION • COMMUNIQUÉ
Drapierbarkeit. Die Halbzeug-Auswahl erfolgt gezielt entsprechend spezifischer Bauteilanforderungen. Randbedingungen und Materialeigenschaften lassen durch Simulation systematisch analysieren, wobei einzelne Parameter gezielt untersucht werden können. Umwelteinflüsse wie Licht und Schatten lassen sich der Visualisierung hinzufügen. Die Abstimmung
im Team auf der Basis digitaler Modelle erleichtert die Fehlererkennung. Bei Änderungen in
spätem Prozess-Schritt passen sich Daten automatisch an, insofern auf einer immer aktuellen Datenbasis gearbeitet wird. Dadurch ergeben sich weniger Fehler wegen unstimmiger
Daten.
Herausforderungen
Es besteht aktuell ein Mangel an öffentlich zugänglichen Referenzbeispielen der Implementierung Virtueller Techniken im Textilumfeld. Dieses erschwert das Lernen von erfolgreichen
Umsetzungen. Der Einsatz Virtueller Techniken muss auf der Basis individueller Arbeitsprozesse und individueller Ziele auch individuell aufgesetzt werden. Diese Implementierung ist
professionell zu leiten und zu begleiten. Der Einsatz neuer Technologien bedeutet immer
Veränderung: neue Arbeitsabläufe, Aufgaben, Funktionen, Verantwortlichkeiten, etc. werden sich ergeben. Andere Funktionen können entfallen (z. B. Produktfotographie). Mitarbeiter müssen im Sinne eines umfassenden Change Managements mitgenommen werden. Die
Geschäftsleitung muss dazu das Thema aktiv unterstützen.
Zusammenfassung
Es bestehen bereits heute zahlreiche Anwendungsbereiche Virtueller Techniken in textilen
Anwendungen. Die Textilbranche hat im Vergleich zu Automobil, Luft- & Raumfahrt, Maschinenbau technologisch noch viel Potential. Einige Einsatzfelder (virtuelle Entwicklung,
Textilmaschinenbau, digitale Präsentation) haben bereits Marktreife. Der Einsatz physikalischer Simulation und Augmented Reality ist auf Projektbasis mit
Technologie-Providern möglich. Die Haptik und digitale Anprobe (z. B. für Online-Verkauf)
hingegen befinden sich noch im Forschungsstadium. Interessant wird in diesem Kontext
aber zu beobachten sein, inwieweit sich Körperscanner-Technologien weiterentwickeln.
Das Whitepaper „Virtuelle Techniken in textilen Anwendungen – eine Übersicht“ kann kostenfrei von der VDC-Website unter folgender Adresse heruntergeladen werden:
http://www.vdc-fellbach.de/downloads/whitepaper
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6. MITTEILUNG • INFORMATION • COMMUNIQUÉ
Profil VDC Fellbach
Das Virtual Dimension Center (VDC) ist Deutschlands führendes KompetenzNetzwerk für
Virtuelles Engineering. Technologielieferanten, Dienstleister, Anwender, Forschungseinrichtungen und Multiplikatoren arbeiten im VDC-Netzwerk entlang der gesamten Wertschöpfungskette Virtuelles Engineering in den Themen 3D-Simulation, 3D-Visualisierung, Product
Lifecycle Management und Virtuelle Realität zusammen. Die Mitglieder des VDC setzen auf
eine höhere Innovationstätigkeit und Produktivität durch Informationsvorsprung und Kostenvorteile.
Dieser Pressemitteilung sind digitale Bilder in druckfähiger Auflösung beigefügt. Diese dürfen nur zu redaktionellen Zwecken genutzt werden. Die Verwendung ist honorarfrei bei
Quellenangabe „Foto: Name Nachname des Fotografen, Firma“ und Übersendung eines
kostenlosen Belegexemplars an: katarina.kies@vdc-fellbach.de. Grafische Veränderungen –
außer zum Freistellen des Hauptmotivs – sind nicht gestattet.
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Pressekontakt:
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