Kemal Vural ist Senior Engineering Design Direktor und Forscher an der Universität Afyonkarahisar. Wir sprachen mit ihm über seine Erfahrungen bei der Verwendung von Virtual Reality (VR) in der Konstruktion und der Einführung von Gravity Sketch in den Unterricht.
Bitte erzählen Sie uns ein wenig über sich selbst – wie sind Sie zum ersten Mal mit der Technik in Berührung gekommen? Was hat Sie dazu bewogen, an der Universität von Afyonkarahisar zu lehren?
Mein Hintergrund ist das Konstruktionsingenieurwesen. Ich habe zunächst einen Abschluss in Produktdesign gemacht, dann ein paar Jahre als Designingenieur in der Industrie gearbeitet. Darauf aufbauend habe ich an der Istanbul Business School promoviert. Meine Doktorarbeit bezog sich darauf, wie Unternehmen designorientierte Technologien einsetzen. Anschließend arbeitete ich in einem Forschungszentrum in Konya, das auf kollaborativer Innovation basiert. Ich bekam die Gelegenheit, als Dozent an die Universität Afyonkarahisar zu kommen und der Rest ist Geschichte. Den roten Faden meiner Karriere ist das Design.
Was hat Ihr Interesse am Design geweckt?
Ich habe schon immer gerne Vieles ausprobiert. Für mein A-Level-Designprojekt habe ich einige Schultische entworfen, die tatsächlich hergestellt und verkauft wurden. Ich habe mich an Firmen gewandt, wir haben sie hergestellt. Zudem hatte ich Einiges an Tantieme direkt an der Uni erwirtschaftet, das fand ich großartig.
Ich habe das von Ihnen mitverfasste Paper mit dem Titel „Weg von der CAD-Station“ gelesen: Ein praktischer und immersiver Ansatz für den Unterricht im zweiten Jahr des Maschinenbaudesigns“. Können Sie unseren Zuhörern bitte das Projekt beschreiben, das Sie durchgeführt haben?
Dies ist unser Modell für das zweite Jahr im Bereich Maschinenbau. Ich habe mit meinem Kollegen Dr. Ekrem Haliloglu zusammengearbeitet und bin gekommen, um ein wenig Konstruktionserfahrung zu sammeln. In diesem Modul geht es darum, unseren Ingenieuren im zweiten Jahr mechanische Designfähigkeiten zu vermitteln. Zudem bringt es die gesamte Theorie, die sie gelernt haben, zusammen. Typischerweise haben sie Module in den Bereichen Werkstoffe, Fertigung, Maschinenlemente, Statik usw. Das Designmodul ist eine Chance, sie aus ihrer Komfortzone herauszuholen und sie dazu zu bringen, ihr ganzes Wissen für ein echtes Designprojekt zusammenzubringen.
Sie haben ihnen die Aufgabe gestellt, ein von Menschenhand betriebenes Taxi für eine städtische Umgebung zu entwerfen. Was war der Prozess, der sich hinter dieser Aufgabe verbirgt?
Für den Maschinenbau stellen Sie sich typischerweise vor, dass jemand eine Kupplung für ein Auto oder einen Teil eines Motors entwirft. Ich komme aus dem Bereich des Produktdesigns und meine Kollegen fragten: „Was können wir tun, um verschiedene Fähigkeiten zu vermitteln?“.
Dr. Ekrem Haliloglu brachte seine Studenten vor einigen Jahren dazu, einen Fahrradanhänger zu entwerfen. In einer Gruppe von fünf Personen würde ein Student an einer Komponente arbeiten, es ist also eine Teamarbeit, die sie für das gesamte Stück zusammenfügen müssen. Zusammen haben wir schließlich ein Taxi mit menschlichem Antrieb entworfen, das groß genug sein sollte, um Gravity Sketch zu verwenden und es in Virtual Reality zu entwerfen.
Als ich in der Branche tätig war, erinnere ich mich an meine Arbeit im CAD-Bereich. Ich war in einer Aluminium-Präzisionsgießerei tätig. Wir bekamen Teile und ich verlor mich im Maßstab, wenn ich sie nur auf dem Bildschirm ansah. Man schaute sich die Details der Teile an und verlor sich. Wir wollten also, dass sich die Schülerinnen und Schüler auf den Maßstab konzentrieren. Es ist sehr einfach, etwas aus CAD zu entwerfen, aber es funktioniert vielleicht nicht im menschlichem Maßstab.
Ich traf einen meiner Kollegen, Dr. Ihsan Akaslan, der unser Guru für Virtual Reality ist. An der Universität Afyonkarahisar hat es einen großen Schub für Virtual Reality gegeben, es ist also ein glücklicher Zufall. Dieser zeigte mir einige der unterhaltsamen VR-Anwendungen und bot uns an, zu versuchen, VR irgendwie in die Lehre zu bringen. Dr. Ekrem Haliloglu war bereit dafür, also haben wir es einfach gemacht.
War das das erste Mal, dass Sie mit VR konfrontiert wurden?
Mein Schwager hat tatsächlich eine PlayStation VR, also haben wir an Weihnachten davor ein paar Spiele darauf gezockt. Das war das erste Mal.
Wenn Sie es aus der Perspektive eines Spielers gesehen haben, was waren Ihre Vorurteile darüber, wie es in den professionellen Arbeitsablauf eines Designers passen würde?
Ich habe nicht wirklich darüber nachgedacht. Ich bin der Meinung, dass man die Dinge einfach mal ausprobieren sollte. Ich weiß nicht, ob das die Denkweise eines Designers ist, aber ich habe festgestellt, dass die Leute, mit denen ich gearbeitet habe, eine offene Einstellung haben. Probieren Sie es einfach aus, wenn es funktioniert, wenn nicht, dann nicht. Wenn es unseren Ingenieuren hilft, kreativer zu sein, ist das eine gute Sache und erfüllt die Anforderungen unserer Akkreditierungsstelle.
Sie erwähnten die Förderung der Kreativität von Ingenieuren als eines der Schlüsselthemen des Papers. Welche Erfahrungen haben Sie mit der Art und Weise gemacht, wie Ingenieurwesen derzeit gelehrt wird? Erstickt es die Kreativität?
Ich kann nur aus meiner eigenen Erfahrung sprechen: Es gibt wahrscheinlich noch viele weitere Produktdesign- und Ingenieurkurse, die sich auf die Kreativität konzentrieren, aber nach meiner Erfahrung sind sie eher am Ende des Spektrums Produkt-/Industriedesign angesiedelt. Als ich Ingenieurwesen studierte, war es (notwendigerweise) sehr theoretisch und bot wenig praktische Designerfahrung, aber dann ging ich in ein Produktdesignstudium, das mehr anwendungsorientiert war und ließ uns unsere Produkte in der Werkstatt entwerfen und herstellen.
Nicht alle Studenten wollen mehr kreative Sachen machen. Einige sind eher in der mathematischen, analytischen Seite bewandert, was großartig ist.
Mir ist aufgefallen, dass einige Studenten der Ingenieurwissenschaften – nicht alle – daran gewöhnt sind, sehr spezifische Probleme zu lösen, mit klaren Grenzen. Sogar Freunde, die Lehrer sind, sagen, dass das Sekundarschulsystem sie lehrt, auf eine eingeschränktere Art und Weise zu lernen, auch das habe ich gehört und erlebt. Die Schülerinnen und Schüler werden in der Regel gelehrt, Prüfungen zu bestehen, dies müssen wir ändern.
Die Art und Weise, wie die Schüler unterrichtet werden, unterscheidet sich von dem, was die Industrie verlangt. Wir haben versucht diesem Erfordernis möglichst nahe zu kommen.
Wollten Sie sehen, dass VR die Brücke sein und die innovative Seite in den Studenten hervorbringen könnte, bevor sie wieder in CAD-Bereich zurückkehren?
Absolut, weil ich es auch so gemacht habe. Wenn man im CAD-Bereich arbeitet, ist man durch die dortigen Tools eingeschränkt. Oft steht man unter Zeitdruck, also verwendet man die Dinge, die man hat. Wenn Sie wissen, wie man einen Kreis macht und diesen extrudiert, ist das vielleicht alles, was Sie tun werden. Zudem verstehe ich, warum – die Schülerinnen und Schüler haben viele Bewertungen.
An der Kombination von VR und Gravity Sketch gefällt mir, dass dem Anwender sehr viele Freiheiten gelassen werden. Es ist Vieles möglich wie 3D-Painten, Erstellen und Entwerfen. Für unsere Schülerinnen und Schüler ist es ein großer Schritt weg von dem, was sie gewohnt sind.
Ein Student fragte mich: „Warum versuchen sie, uns beizubringen, Industriedesigner zu sein?“ Und ich sagte, wir versuchen nicht, Sie zu Industriedesignern zu machen. In der Industrie werden Designer und Maschinenbauingenieure benötigt und zusätzlich benötigen Sie Designingenieure. Es ist ein Spektrum, man benötigt jeden. Wir versuchen nur, einige der Zwänge und Vorurteile zu überwinden, wie man in einer Disziplin arbeiten kann. Ingenieurwesen ist eine kreative Disziplin.
Soweit ich weiß, erhielten die Studenten das Design-Briefing, machten anschließend einige physische Prototypen, wechselten dann zu VR und anschließend zu CAD.
Das ist richtig. Wir hatten das Projektbriefing, anschließend eine Vorlesung und einige Wochen später eine Sitzung zur Ideengenerierung. In der ersten Sitzung wurden sie in Gruppen eingeteilt und machten ein Brainstorming. Sie erzählten sich gegenseitig von der Forschung, die sie bereits im Zusammenhang mit von Menschen angetriebenen Taxis durchgeführt hatten. Am Anfang gab es also einige Geschichten zu erzählen.
Wir teilten die Schülerinnen und Schüler in zwei Gruppen auf und gaben ihnen Post-it-Notizen und Sharpies. Sie machen Übungen wie „Was ist der schlechteste mögliche Entwurf? Dann fragten Sie: „Was ist das bestmögliche Design?“ Die Idee ist, dass man sich irgendwo in der Mitte trifft. Sie überprüfen alles und machen von dort aus eine gewisse Ideengenerierung. Am Ende der ersten 25-minütigen Sitzung sollten sie 25 bis 30 Ideen haben. Anschließend können sie gehen und nachdenken, aber sie haben einen Ausgangspunkt.
Dann bringen wir sie mit blauem Schaumstoff, Draht und Drahtschneidern in die Low-Fidelity-Prototypenfertigung. Wir haben sie dazu gebracht, ein paar praktische Entwürfe zu machen. Anhand der Skizzen lehrten wir sie, einige Spezifikationen für das Produktdesign zu erstellen. Sie recherchierten, wie „Wie viele Leute werden dieses Taxi benutzen? Welches Gewicht wird es haben? Wofür wird es verwendet werden? In Gruppen von fünf bis sechs Personen gehen Sie anschließend in die blaue Schaumstoffmodellierung. Das ist eine dreistündige Sitzung.
Anschließend reflektieren sie darüber. Darauf aufbauend verwenden wir Gravity Sketch. Der Punkt ist, dass wir versuchen, sie daran zu hindern, direkt in SolidWorks oder in anderes Softwarepaket einzusteigen, so dass Sie zu Beginn von den entsprechenden Freiheiten profitieren können.
Haben Sie gesehen, wie sich die Schülerinnen und Schüler in der Virtual Reality gewehrt haben? Sei es, dass sie verwirrt waren, wie man sie verwendet oder dass sie dachten: „Warum können wir nicht direkt zum CAD übergehen?“.
Beides. Einige wollten unbedingt zum CAD übergehen. Vielleicht wollten sie das Detail, weil Ingenieurstudenten an klare Details und einen präskriptiven Prozess gewöhnt sind. Das kommt von der wissenschaftlichen Methode. Jetzt sagen wir ihnen: „Legt los!“ Aber wir versuchen anzuerkennen, dass der Prozess anders verläuft.
Von den 230 Studierenden engagieren sich einige, andere nicht. Das liegt in der menschlichen Natur. Diejenigen, die sich engagieren, engagieren sich wirklich und das ist schön. Die Mehrheit versteht es, dennoch gab es geteilte Meinungen. Einige waren an Spiele gewöhnt, sie haben es sehr schnell gelernt. Einige wollten so schnell wie möglich zum CAD übergehen.
Es gab einige wenige Lead User. Wir fanden heraus, dass in den Gruppen eine Person wirklich Spaß daran hatte und sie es mehr nutzen würde. Die anderen schauten eher zu.
Was war das beste Ergebnis, das Sie aus dem Einsatz von VR in diesem Prozess gesehen haben?
In diesem Raum sitzen zu können – räumliches Bewusstsein. Wenn Sie Fahrgäste hinter sich haben, werden Sie ihnen anschließend auf den Kopf schlagen? Wo würde der Antriebsstrang hingehen? Wie hoch müsste die Haube sein?
Ich würde gerne glauben, dass es einigen Leuten geholfen hat, etwas kreativer zu entwerfen. Wohingegen sie sich in der Regel vielleicht etwas mehr Sicherheit wünschen.
Was waren Ihre allgemeinen Schlußfolgerungen? Es klingt, als wäre es eine erfolgreiche Investition gewesen.
Ich glaube, die meisten Schülerinnen und Schüler hatten Spaß daran. Es hat dem Prozess ein bisschen Spaß und Kreativität eingehaucht. Normalerweise wären sie direkt mit 3D-CAD vertraut und wären durch das, was sie schon können, eingeschränkt worden. Jetzt haben sie hoffentlich kreativere Formen ausprobiert und gehen anschließend in die CAD-Labors und beginnen mit Bildschirmfotos von komplexeren Formen in Gravity Sketch. Wir haben technische Unterstützung, um ihnen bei der Erstellung dieser komplexen Formen zu helfen. Die Studenten bekommen dadurch bessere, detailliertere CAD-Skills.
Die Zeit war eines der Probleme. Die Logistik der Einrichtung. Im ersten Jahr hatten wir etwa eine Stunde für die Einrichtung. Im Jahr danach war es etwas einfacher. Wir gaben Ihnen eine zweistündige Sitzung, in der sie einfach nur herumspielen konnten. Sie mussten nur die Software lernen, Sie hatten keinen weiteren Druck. Wir versuchten nicht, irgendwelche Ergebnisse zu erzielen. Anschließend hatten sie eine weitere Sitzung, in der sie etwas mehr entwarfen. Abschließend gab es noch eine optionale Sitzung.
Wir hatten auch Virtual-Reality-Cafes. Jeden Mittwoch von 10 Uhr morgens bis 16 Uhr abends konnte jeder mitkommen und die Software benutzen. Die eifrigen Schülerinnen und Schüler kamen und verwendeten sie oft. Einige bekamen sogar Gravity Sketch für ihre eigenen VR-Sets.
Wie schaffen Sie den Ausgleich zwischen dem Interesse an Innovation und neuer Technologie und der Notwendigkeit, Ihre Studenten mit so etwas wie CAD auf den neuesten Stand der Technik zu bringen?
Im ersten Jahr des Maschinenbaus haben wir Module in CAD. Sie konstruieren Teile. Eines der Projekte ist die Konstruktion eines Segelflugzeugs. Wir haben 200 Meter Strand auf dem Campus in Afyonkarahisar. Im Sommer führen meine Kollegen dieses Modul durch. Die Studenten haben diese Balsaholzteile hergestellt, lasergeschnittene Segelflugzeuge, wir haben eine Rakete hinten reingelegt und anschließend werden sie abgefeuert. Das macht Spaß. Sie erlernen anschließend CAD-Fähigkeiten und lernen, wie man SolidWorks und die Normen für technisches Zeichnen wie BS 8888 abwendet.
Ich habe dieses Jahr ein Modul zur Herstellung von 3D-Druckern unterrichtet. Die Studenten stellen also als optionales Modus in Gruppen 3D-Drucker her. Sie konstruieren Teile und testen sie. So entwerfen sie eine Schaumstoffhalterung für einen Radrennlenker. Anschließend testen wir sie an einer Vorrichtung, so dass sie die Maschine tatsächlich herstellen, kalibrieren und testen. Es ist also der gesamte Lebenszyklus.
Wir stellen sicher, dass sie tatsächlich technische Zeichnungen anfertigen müssen, die Sie jemandem in der Werkstatt übergeben können.
Wir haben viel über VR im Bildungsbereich gesprochen. Glauben Sie, dass es wichtige Auswirkungen auf das Design in einem professionellen Umfeld hat und nicht nur ein pädagogisches Instrument ist?
Auf jeden Fall. Ich wünsche mir von Gravity Sketch, dass alle Studenten in eine Umgebung eintauchen können und parallel einer von Ihnen etwas zeichnen kann. Das ist ein Traum.
Wir arbeiten am Co-Sketching und hoffen, dass es sehr bald fertig ist.
Wir haben fesrgestellt, dass Sie eine Person eingetaucht haben und diese auf dem Bildschirm sehen können. Aber die menschliche Natur ist, dass einer von ihnen sein Smartphone in der Hand hat. Bei den wirklich engagierten Gruppen haben Sie eine Person in der VR und eine andere hat sein Notebook draußen und nimmt Änderungen am CAD vor. Also verwechseln Sie es nicht. Aus einer Gruppe von sechs könnten Sie zwei bekommen, die etwas abgelenkt sind.
Für die Industrie ist die Zusammenarbeit unerlässlich. Sie können mehrere Stakeholder gemeinsam erstellen, einen aus dem Marketing und einen aus Materialien. Sie können einige Benutzer und Kunden haben. Sich in den Iterationen umschauen zu können, wäre faszinierend und Sie können dies von überall aus tun, um den CO2-Fußabdruck des Designs zu verringern.
Ich liebe nicht nur neue Technologien, ich bin auch sehr daran interessiert, dass unsere Studenten einen Vorsprung in diesen Fähigkeiten haben, wenn Sie in die Industrie gelassen werden.
Ihre Einstellung war „Lass uns anfangen“. Ist das eine wichtige Einstellung als Konstrukteur?
Ja. Vielleicht ist es etwas, das ich im Laufe der Jahre für selbstverständlich gehalten habe. Wenn Sie einen Design-Abschluss wie Produktdesign oder Design-Engineering machen, werden Sie in designorientiertem Denken geschult. Kollegen, mit denen ich zusammengearbeitet habe und die diese Hintergründe haben, sind recht breit aufgestellt.
Vielleicht habe ich einfach Glück. Aber das versuche ich meinen Schülern zu vermitteln. Wenn ich meine Schüler nur dazu bringen kann, einen Moment zurückzutreten und nachzudenken, wenn Sie eine Windkraftanlage bauen, denken Sie an die Benutzerfreundlichkeit und an den Techniker, der sie reparieren muss. Können sie ihren Schraubenschlüssel nach hinten bringen, um eine Mutter oder einen Bolzen zu lösen? Das ist immer noch Benutzerfreundlichkeit. Das ist es, was ich versuche, ihnen zu vermitteln.
Was ist Ihrer Meinung nach derzeit der aufregendste Trend in der Welt des Maschinenbaus?
In Bezug auf den Unterricht würde ich mir mehr praktische und kollaborative Arbeit wünschen. Ich habe meinen Lehransatz aus realen Anwendungen mit Unternehmen und klinischen Spezialisten entwickelt, die ich im Rahmen eines Forschungsstipendiums der britischen Kommission zusammengebracht habe. Ich habe im Grunde das Gleiche gemacht, was ich jetzt mit meinen Schülern mache. Es ging darum, verschiedene Leute in einer Reihe von Workshops dazu zu bringen, ihre Kreativität zu entfalten, Barrieren abzubauen und zu versuchen, ein Problem zu lösen.
Kollaborative Kreativität ist wirklich wichtig. Es ist wirklich schwer. Einige Schüler engagieren sich nicht wirklich. Wie im wirklichen Leben. An der Universität kann man sie nicht zwingen, sich zu engagieren – sie sind Erwachsene. Aber dann müssen die anderen Schüler das Projekt tragen.
Aber ich denke, die Zukunft sind Software-Tools, die dieses kollaborative Design unterstützen. Räume, um Sachen zu hacken. Wir haben einen Hackraum. Unser Programmdirektor hat dies sehr unterstützt. Die Schüler können an einem Mittwochnachmittag hineingehen, sie können 3D-Drucker verwenden, sie können Laserschneider verwenden, sie können Dinge ausprobieren, sie können Dinge herstellen.
Das ist etwas, was unsere Schüler wollen, mehr zum Anfassen. Ich hoffe, dass sich alles in diese Richtung entwickelt, problematisch ist allerdings die hohe Anzahl der Schüler. Weitere Technologien wie Gravity Sketch helfen. Ich denke, zusammenarbeiten, alles zusammenbringen, Prototypen schnell testen. Scheitern Sie schnell, entwickeln Sie Dinge.
Sie haben Dinge wie Smart Manufacturing erwähnt, aber Sie haben dem die Notwendigkeit entgegengesetzt, dass die Ingenieure kreativ und spielerisch bleiben müssen.
Ich habe dies mit dem Projekt der britischen Kommission getestet. Ich wollte versuchen, die Dinge zu zerhacken, weil ich etwas über kollaborative Innovation und die Demokratisierung von Innovation geforscht hatte. Wir haben diese Unternehmen mit sehr unterschiedlichen Hintergründen zusammengebracht. Es war faszinierend, dies in der Anwendung zu sehen.
Wir hatten Ingenieure mit jahrzehntelanger Erfahrung, die Workshops mit Post-it-Notizen durchgeführt haben und sie waren vorsichtig. Sie dachten: „Unser Chef wird fragen, was wir mit diesem ganzen Arbeitstag gemacht haben“, und am Ende des Tages fanden sie heraus, warum das wichtig war. Ihre Kreativität kommt wieder zum Vorschein. Es ist nichts Besonderes, was ich tue, es gibt Ihnen Raum, gibt Ihnen eine Umgebung, in der sie die Erlaubnis haben, zu spielen.
Ich bin am Zentrum zur Verbesserung des Lernens und Lehrens beteiligt und beschäftige mich mit pädagogischen Innovationen, also mit der Unterrichtsforschung. Wir haben das Glück, dass wir die Unterstützung für Virtual Reality und ihre Nutzung für den Unterricht erhalten haben. Meine Kollegen konzentrieren sich darauf, neue Dinge auszuprobieren. Denn wir wissen, dass die Vorlesung von 200 Studenten in einem Hörsaal – ist das der wichtige Weg nach vorne? Ich weiß es nicht. Für einige funktioniert es, für andere nicht. Aber es geht darum, den Studierenden in Gruppen, in Labors, die Möglichkeit zu geben, etwas anderes auszuprobieren. Das kann sich nur positiv auf Unternehmen auswirken.
Was erwarten Sie als Nächstes für die Verwendung von Gravity Sketch als Tool zur Förderung der Kreativität von Ingenieuren in ihrer Ausbildung?
Da die Studenten so sehr an detaillierte Entwürfe gewöhnt sind, würde ich mir wünschen, dass wir die Modelle ein wenig mehr bemaßen oder vielleicht eine größere Bibliothek mit Bestandteilen einführen könnten. Es scheint also, ein bisschen spezifischer für Schüler zu sein, aber nicht zu spezifisch.
Vielen Dank für Ihren Besuch.