{"id":15189,"date":"2026-03-06T13:58:22","date_gmt":"2026-03-06T12:58:22","guid":{"rendered":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/?p=15189"},"modified":"2026-03-06T13:59:47","modified_gmt":"2026-03-06T12:59:47","slug":"dynamische-3d-visualisierung-mit-unreal-engine-und-aas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/dynamische-3d-visualisierung-mit-unreal-engine-und-aas\/","title":{"rendered":"Von der Verwaltungsschale(AAS) zur virtuellen Fabrik: Dynamische 3D-Visualisierung mit Unreal Engine"},"content":{"rendered":"

Im Kontext von Industrie 4.0<\/b> gewinnt die digitale Abbildung von Fabriken und Produktionsanlagen \u2013 etwa als Digitaler Zwilling<\/b> \u2013 immer mehr an Bedeutung. Um diese f\u00fcr Planung, Simulation, \u00dcberwachung,Training oder Entscheidungsunterst\u00fctzung nutzbar zu machen, er\u00f6ffnen dynamische 3D-Visualisierungen mit der Unreal Engine<\/b> vollkommen neue Perspektiven. Durch die Verbindung mit der Verwaltungsschale (AAS)<\/b> als standardisierter Informationsquelle lassen sich komplexe Produktionsprozesse unmittelbar erfahrbar machen, dynamische Abl\u00e4ufe in Echtzeit darstellen und ein intuitives Verst\u00e4ndnis f\u00fcr Zusammenh\u00e4nge schaffen, die in klassischen Dashboards oder 2D-Darstellungen kaum zu erfassen sind.<\/p>\n

Die Umsetzung solcher 3D-Visualisierungen bringt jedoch erhebliche Herausforderungen mit sich. Jedes Asset, sei es eine Maschine, ein Roboterarm oder ein Transportsystem, muss nicht nur geometrisch korrekt modelliert werden, sondern auch richtig konfiguriert und integriert sein. So m\u00fcssen etwa Informationen hinsichtlich Achsen, Freiheitsgraden oder Verbindungspunkten von Roboterarmen bereitgestellt werden. Zus\u00e4tzlich m\u00fcssen diese 3D-Modelle mit realen Datenquellen f\u00fcr eine wirklichkeitsnahe Repr\u00e4sentation integriert werden. F\u00fcr viele Unternehmen wird dies schnell aufwendig, da unterschiedliche Systeme und Datenquellen integriert werden m\u00fcssen, um ein konsistentes und realistisches Abbild der Fabrik zu erzeugen.<\/p>\n

Hier kann die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS) als standardisierte digitale Repr\u00e4sentation von Assets gro\u00dfe Mehrwerte schaffen. Sie erm\u00f6glicht die zentrale Speicherung sowohl der Konfigurationsinformationen als auch der aktuellen Zustandsdaten eines Assets. In Verbindung mit modernen Game Engines wie Unreal Engine<\/a> lassen sich diese Informationen direkt nutzen: Die Verwaltungsschale liefert die Parameter, um 3D-Modelle korrekt zu positionieren und zu konfigurieren, und versorgt die Visualisierung in Echtzeit mit den aktuellen Zust\u00e4nden der Maschinen. Am Beispiel von Robotern k\u00f6nnen so Position, Achsrotationen und Bewegungen unmittelbar aus der AAS abgeleitet und in der virtuellen Fabrik korrekt dargestellt werden.<\/p>\n

\n

 <\/p>\n

\"Illia<\/p>\n

Co-Autor<\/strong>
\nIllia Dmitriiev unterst\u00fctzte die Abteilung \u00bbDigital Twin Engineering\u00ab im Rahmen eines Praktikums bei der Umsetzung der 3D-Umgebung in Unreal und der Anbindung der bestehenden Roboteranlage an die Simulation.<\/p>\n<\/div>\n

Durch diese Verbindung von standardisierter Asset-Information und leistungsf\u00e4higer 3D-Visualisierung lassen sich nicht nur realistische Simulationen erzeugen, sondern auch Effizienzgewinne bei Inbetriebnahme, Schulung und Prozess\u00fcberwachung erzielen. Dadurch entsteht ein Ansatz, der die L\u00fccke zwischen digitalen Zwillingen und interaktiven Fabrikumgebungen schlie\u00dft.<\/p>\n

Damit diese Mehrwerte aber tats\u00e4chlich greifbar werden, muss der Aufbau der 3D-Visualisierung in der Unreal Engine ohne manuelle Eingriffe basierend auf nur den Informationen der Verwaltungsschale m\u00f6glich sein. Es muss also m\u00f6glich sein, ein Unreal-Programm mit beliebigen AAS-Infrastrukturen so zu integrieren, dass beim Hinzuf\u00fcgen von neuen Assets die 3D-Visualisierung automatisch mit neuen 3D-Modellen ausgestattet wird und deren Integration mit den echten Assets ohne manuelle Aufw\u00e4nde stattfindet.<\/p>\n

Aufbau der dynamische 3D Visualisierungen mit Unreal<\/h2>\n
\"Architektur
Abbildung 1: Highlevel-Architektur der dynamischen 3D-Visualisierung mit AAS und der Unreal Engine<\/figcaption><\/figure>\n

Die Grundlage f\u00fcr eine realistische und dynamische 3D-Visualisierung von Fabrikassets bildet eine pr\u00e4zise Beschreibung ihrer Konfiguration. In unserem Ansatz werden die Asset-Parameter wie die Anzahl der Achsen eines Roboters, deren Rotation und die Position im Raum \u00fcber Teilmodelle innerhalb der Verwaltungsschale definiert. Diese Teilmodelle enthalten alle relevanten Informationen, um ein Asset semantisch korrekt abzubilden und die sp\u00e4tere Interaktion in der 3D-Umgebung zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n

Auf Basis dieser Konfigurationsinformationen werden vorkonfigurierte 3D-Templates ausgew\u00e4hlt und angepasst. Dabei erfolgt die Identifikation der Templates anhand der Asset-Klassen wie \u201e5-Achs-Roboter\u201c oder \u201e6-Achs-Roboter\u201c. Die Templates werden automatisch in der virtuellen Fabrikumgebung positioniert und auf die spezifische Achsanzahl, Orientierung und r\u00e4umliche Lage des jeweiligen Assets angepasst. So entsteht eine initial konsistente 3D-Abbildung der Produktionsumgebung, die die realen Gegebenheiten widerspiegelt.<\/p>\n

Im n\u00e4chsten Schritt erfolgt die Verkn\u00fcpfung mit den dynamischen Daten aus der Asset Administration Shell. Diese Live-Daten umfassen insbesondere Achsrotationen, Bewegungszust\u00e4nde oder Positionen, die f\u00fcr die realistische Darstellung der Roboterbewegungen entscheidend sind. Die Visualisierung kann dabei direkt auf die Daten der AAS zugreifen oder auf externe, \u00fcber die AAS referenzierte Systeme wie MQTT-Broker oder OPC UA-Server zur\u00fcckgreifen, um die aktuellen Zust\u00e4nde in Echtzeit zu beziehen. Durch diese Integration werden die statischen 3D-Modelle zu dynamischen, interaktiven Repr\u00e4sentationen der physischen Assets, die sowohl in Simulationen als auch in Echtzeit\u00fcberwachungen eingesetzt werden k\u00f6nnen. Die resultierende Gesamtarchitektur ist in Abbildung 1 dargestellt.<\/p>\n

Konkretes Beispiel anhand eines UR5e-Roboters<\/h2>\n
\"3D-Visualisierung
Abbildung 2: 3D-Visualisierung von UR5e-Robotern mithilfe der AAS und der Unreal Engine<\/figcaption><\/figure>\n

Zur Veranschaulichung des beschriebenen Ansatzes wurde er mit einem UR5e-Roboter umgesetzt. Die daraus resultierende Implementierungsarchitektur ist in Abbildung 2 dargestellt.<\/p>\n

Der Roboter stellt Live-Daten zu den Achsenrotationen \u00fcber Modbus\/TCP bereit. Zus\u00e4tzlich stellt UR eine Simulation des Roboters bereit, der die gleiche Modbus\/TCP-Schnittstelle zur Verf\u00fcgung stellt. Diese Daten bilden die Grundlage f\u00fcr die dynamische Visualisierung der Bewegungen in der 3D-Umgebung. F\u00fcr die Integration dieser Daten mit der Verwaltungsschale kommen etablierte Integrationswerkzeuge wie Node-RED<\/a> oder die Eclipse BaSyx DataBridge<\/a> zum Einsatz. Beide Ans\u00e4tze erm\u00f6glichen es, die zyklisch anfallenden Modbus-Daten auszulesen, zu transformieren und strukturiert weiterzuverarbeiten.<\/p>\n

Die integrierten Achsrotationen werden anschlie\u00dfend in Teilmodellen der Verwaltungsschale abgelegt. Jedes Teilmodell beschreibt dabei einen klar abgegrenzten Aspekt des Assets, etwa die aktuelle Gelenkstellung oder die r\u00e4umliche Referenz des Roboters (siehe Abbildung 3). Dadurch werden die Live-Daten semantisch eindeutig eingeordnet und standardkonform zugreifbar gemacht. Aus Gr\u00fcnden der Einfachheit wurden die Live-Daten direkt in einem Teilmodell abgelegt. F\u00fcr gro\u00dffl\u00e4chige Deployments mit hohen Update-Frequenzen sind aber ggf. andere Ans\u00e4tze empfehlenswert, wie beispielsweise die Referenzierung eines Event-Brokers oder eines OPC UA-Endpunkts, der diese Daten bereitstellt. Genauere Details dazu k\u00f6nnen dem Whitepaper \u201eGuidelines and best practices for implementing backend integration in real-world scenarios for AAS provisioning<\/a>\u201c der Plattform Industrie 4.0 entnommen werden.<\/p>\n

\"Ausschnitt
Abbildung 3: Ausschnitt der genutzten Teilmodell-Daten<\/figcaption><\/figure>\n

Die Verwaltungsschale selbst wird \u00fcber Eclipse BaSyx gehostet. Eclipse BaSyx<\/a> ist ein Open-Source-Framework zur Umsetzung der Asset Administration Shell gem\u00e4\u00df den Spezifikationen der IDTA. Es stellt Laufzeitkomponenten, APIs und Infrastrukturbausteine bereit, um Verwaltungsschalen zu modellieren, zu persistieren und \u00fcber standardisierte Schnittstellen bereitzustellen. Damit bildet Eclipse BaSyx die technische Basis, um sowohl statische Konfigurationsdaten als auch dynamische Zustandsdaten eines Assets konsistent zu verwalten und anderen Systemen zug\u00e4nglich zu machen.<\/p>\n

Auf Seiten der Visualisierung ist die Unreal Engine so konfiguriert (siehe Abbildung 4), dass sie die Roboter-3D-Modelle automatisch instanziiert und mit den jeweiligen Teilmodellen der Verwaltungsschale verkn\u00fcpft. Anhand der im Teilmodell hinterlegten Konfigurationsinformationen wird der UR5e-Roboter korrekt im Raum positioniert. Die Achsrotationen werden anschlie\u00dfend periodisch aus den Teilmodellen abgefragt und auf die Gelenke des 3D-Modells \u00fcbertragen, wie in Abbildung 5 dargestellt.<\/p>\n

Auf diese Weise entsteht eine durchg\u00e4ngig integrierte L\u00f6sung, bei der reale Bewegungsdaten des UR5e-Roboters nahezu in Echtzeit in der Unreal-basierten 3D-Visualisierung sichtbar werden. Die Verwaltungsschale fungiert dabei als zentrales Bindeglied zwischen physischem Asset, Datenintegration und virtueller Darstellung.<\/p>\n

\"Vorkonfiguriertes
Abbildung 4: Vorkonfiguriertes Roboter-Template 3D-Modell<\/figcaption><\/figure>\n

 <\/p>\n

\"Integration
Abbildung 5: Integration der Achsenrotationsdaten aus einem Teilmodell mit dem 3D-Modell<\/figcaption><\/figure>\n

Effizienzsprung im Digital Engineering: Automatisierte 3D-Zwillinge statt manueller Modellierung<\/h2>\n

Die Kombination aus Unreal Engine und der Verwaltungsschale als zentrale Informationsquelle er\u00f6ffnet einen leistungsf\u00e4higen Ansatz zur dynamischen 3D-Visualisierung von Fabrikassets. Durch die Nutzung standardisierter Teilmodelle lassen sich sowohl statische Konfigurationsinformationen als auch dynamische Zustandsdaten konsistent erfassen und direkt f\u00fcr die visuelle Darstellung nutzen. Am Beispiel des UR5e-Roboters wurde gezeigt, wie reale Bewegungsdaten \u00fcber bestehende Industrieschnittstellen integriert und nahezu in Echtzeit in einer virtuellen Fabrikumgebung visualisiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Ein wesentlicher Erfolgsfaktor dieses Ansatzes ist die klare Trennung zwischen generischen 3D-Templates und asset-spezifischen Konfigurations- und Zustandsdaten. F\u00fcr unterschiedliche Asset-Klassen m\u00fcssen dabei jeweils passende 3D-Modell-Templates definiert werden, etwa f\u00fcr AGVs, Transportb\u00e4nder, Werkzeugmaschinen oder andere Produktionsmittel. Die Verwaltungsschale liefert die notwendigen Metadaten, um diese Templates automatisch auszuw\u00e4hlen, zu konfigurieren und mit Live-Daten zu verbinden.<\/p>\n

Damit entsteht eine skalierbare Architektur, die sich schrittweise auf weitere Asset-Typen und Use Cases erweitern l\u00e4sst. Die Verwaltungsschale fungiert als stabiler, standardisierter Ankerpunkt zwischen OT, IT und 3D-Visualisierung und reduziert den Integrationsaufwand erheblich. Insgesamt zeigt sich, dass dieser Ansatz nicht nur f\u00fcr Demonstratoren oder Visualisierungsl\u00f6sungen geeignet ist, sondern eine tragf\u00e4hige Grundlage f\u00fcr digitale Zwillinge, virtuelle Inbetriebnahmen unad datengetriebene Fabrikumgebungen darstellt.<\/p>\n

\n

Gemeinsam die Br\u00fccke zwischen OT und IT bauen<\/h4>\n

Die Integration der Verwaltungsschale in moderne Visualisierungsumgebungen bietet enorme Potenziale f\u00fcr die industrielle Praxis, bringt aber auch spezifische architektonische Fragen mit sich. Stehen Sie vor der Herausforderung, Ihre Assets digital abzubilden oder eine skalierbare 3D-Infrastruktur aufzubauen?<\/p>\n

Lassen Sie uns ins Gespr\u00e4ch kommen \u2013 wir unterst\u00fctzen Sie gerne bei der Konzeption Ihrer individuellen AAS-Strategie oder begleiten Sie beim Aufbau Ihrer digitalen Zwillinge. Kontaktieren Sie uns!<\/a><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Im Kontext von Industrie 4.0 gewinnt die digitale Abbildung von Fabriken und Produktionsanlagen \u2013 etwa als Digitaler Zwilling \u2013 immer mehr an Bedeutung. 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