Das Virtual Dimension Center (VDC) Fellbach hat das Whitepaper „Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung“ veröffentlicht. Darin werden Anwendungen, Technologien und Praxisbeispiele von Virtueller und Erweiterter Realität (VR, AR) in der Fabrikplanung vorgestellt. Das Fazit ist eindeutig: Die Einsatzgebiete und Nutzenpotenziale sind zahlreich. Techniken zur virtuellen Absicherung helfen Fehlerfolgekosten zu verringern.
Autoren: Dr. Christoph Runde, Marc Cannarozzi
2. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Inhalt Whitepaper Virtual Reality in der Fabrikplanung
14.08.2015 2
Umfeld der Fabrikplanung
Phase 1 – Zielfestlegung
Phase 2 – Grundlagenermittlung
o Bestandaufnahme
Phase 3 – Konzeptplanung
o Architektur/Mediensysteme
o Generalbebauung
o Layoutplanung
o Materialfluss/Logistik
Phase 4 – Detailplanung
o Arbeitsschutz / Arbeitssicherheit
o Automatisierungstechnik
o DMU-Integration
o Fertigungsverfahren
o Fördertechnik
o Montageplanung
Phase 5 – Realisierungsvorbereitung
Phase 6 – Realisierungsüberwachung
Phase 7 – Hochlaufbetreuung
o Inbetriebnahme: Hochlauf
o Inbetriebnahme: Training
Phase 8 – Projektabschluss
o Wissensmanagement
3. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Umfeld Fabrikplanung
14.08.2015 3
systematischer, zielorientierter und
in aufeinander aufbauenden Phasen
strukturierter Prozess zur Planung
von Fabriken
8 Phasen (siehe Gliederung)
Projektarten
o Neuplanung einer Fabrik
o Erweiterung
o Reorganisation einer bereits
existierenden Fabrik
komplexes, vielseitiges und
weitläufiges Themengebiet
Umfeld
Fabrikplanung
verschiedene Teilaufgaben, die
durch einheitliche Zielsetzung zu
geschlossenem Ganzen
zusammengefasst werden
hierarchisch aufgebautes System
bestehend aus Ermittlungen,
Untersuchungen und
Entscheidungen
Teilgebiet der
Unternehmensplanung
12. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 4 - Detailplanung
14.08.2015 12
Planung Fördertechnik, Montage,
Automatisierungstechnik
Simulation und Visualisierung von
o Montagesystemen,
o Robotik,
o Automatisierungstechnik,
o Fördertechnik
im Hinblick auf Effizienz, Sicherheit
und Ergonomie
virtuelle Inbetriebnahme
geometrisch-logischer Modelle
von Fördersystemen
Bild: RIF e.V.
Evaluation mittels AR:
Augmented-Reality-basierte
Planung eines Montage-
Arbeitsplatzes: Werker und
Greifraum (rot) überblendet
Simulation Zuführung von
Werkstücken an ein
Bearbeitungszentrum
Bild: Volkswagen
Bild: Fh-IPA
Virtual Mock-Up:
Automatisierte Rohbau-
montage bei Daimler
Detail-
planung
13. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 4 - Detailplanung
14.08.2015 13
Planung Montageprozesse
3D-Simulation des Montageprozesses
manuelle Montagetätigkeiten über
o 3D-Menschmodelle oder
o VR (Tracking, Motion Capturing)
nachbildbar
Absicherung Montierbarkeit und
Demontierbarkeit
Ermittlung von Vorgabezeiten durch
die Bearbeitung von VR-Szenarien
Bild: Altran/Industriehansa
Virtuelle Montage und
Demontage vor der Powerwall
mit Anleitung und/oder
Dokumentation (Recording)
Bild: ESI
Absicherung Montierbarkeit:
Simulation beidhändiger
Montage vor Powerwall
mit 2 Flysticks
Detail-
planung
Ermittlung Vorgabezeiten
durch Bearbeitung einer
VR-Szene (Montage Motor);
Einträge erscheinen automatisch
in der linken Tabelle)Bild: Altran/Industriehansa
14. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 4 - Detailplanung
14.08.2015 14
Fertigungsverfahren
Verfahrensabsicherung durch
Fertigungssimulation
VR-Anwendungen zeigen
den Prozess selbst und das Resultat
realisierte Umsetzungen heute:
Gießen, Umformen, spanende
Fertigungsverfahren, Lackieren, …
(siehe dazu auch VDC-Whitepaper
„Virtual Reality in Fertigungsverfahren“) Überprüfung
Funktionsweise des
Gießwerkzeugs,
Kinematiken,
Kollisionen,
Freigängigkeit
Bild: Visenso
Spanende Fertigungsverfahren:
Vergleich von Prozessvarianten
Bild: Visenso
Bild: Visenso
Tiefziehen: Absicherung am
virtuellen Modell
Detail-
planung
17. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 4 - Detailplanung
14.08.2015 17
Integration in Fabrik-DMUs:
geometrische Integration:
o Gewerke und Gebäudetechnik als 3D-Objekte
in Gesamtmodell zusammengeführt
o Ausschluss geometrischer Kollisionen
funktionale Integration:
o Integration von Menschen, Anlagen und
weiteren Komponenten in Flüsse (Personal,
Material, Informationen) der Fabrik
o dynamische Modelle oder Beschreibung und
Diskussion des Modells anhand zugewiesener
Prozesse notwendig
produktionstechnische Integration
o geometrische und prozessuale Kollisionen
von Produkt in Fabrikstruktur verhindern Bild: Fh-IPA
Bild: Fh-PA
Daimler, Rastatt:
Robotik, Zuführung,
Materialfluss
Bild: Virtalis
Virtual Walkthrough
durch virtuell geplante
Fabrik an der TU Clausthal
Entscheidungspunkte bei
einem Flugzeugbauer:
Dock- vs. Fließfertigung,
Transportsystem,
Arbeitsbühnen
Detail-
planung
20. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 6 - Realisierungsüberwachung
14.08.2015 20
Koordination, Überwachung und
Dokumentation der Realisierung
VR für Soll-Ist-Abgleich des umgesetzten
Stands mit Mischdatenverarbeitung
(Laser-Scans vs. 3D-Konstruktion)
Augmented Reality/AR (Überblendung
Soll-Planung über aktuellen Stand)
Ziele:
o Qualitätskontrolle
o Projekt-Controlling
(z.B. Abrechnung geleisteter Arbeiten)
Bild: Volkswagen
AR-gestützte Einplanung
neuer Objekte in Bestand
Bild: TU München
AR-Einplanung in Bestand:
Fördertechnik
Bild: Scantec 3D
aus einem Laserscan
rückgeführtes 3D-Modell
eines Umspannungswerks
Realisierungs-
überwachung
22. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 7 - Hochlaufbetreuung
14.08.2015 22
Inbetriebnahme: Virtual Ramp-Up
virtuelle Auslegung Sensorik, Aktorik
Vermeidung Kollisionen, Deadlocks
Hardware-in-the-Loop-Simulationen
Übertragung von Steuerungscode
(Offline-Programmierung) auf
physische Anlagen
Verkürzung Hochlaufzeit durch
Simulations-gestützte Vorab-Tests bei
gleichzeitig verbessertem Reifegrad
der Planung von Robotik und
Automatisierungssystemen
Bild: Fh-IPA
Bild: RIF
3D-Modell einer
automatisierten
Montagelinie
Hardware-in-the-Loop:
physische Steuerung
gegen virtuelles Modell
Bild: ESI
Bediensicherheit und
Handhabung lassen sich
frühzeitig am digitalen Modell
untersuchen.
Hochlauf-
betreuung
23. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Phase 7 - Hochlaufbetreuung
14.08.2015 23
Inbetriebnahme: Training
Personal-Ausbildung mit 3D-basierten
Operator-Training-Simulatoren (OTS)
bei Nicht-Verfügbarkeit der Fabrik/Anlage,
auch im Vorfeld der Realisierung
gefahrlos (für Mensch und Maschine)
ggf. kostengünstiger
in Virtuellen Umgebungen:
o Positionswissen
o Strukturwissen
o Verhaltenswissen
o Prozedurwissen
Aufbau 3D-Wissensmanagementsystem
Bild: VRMMP
Operator Training Simulator
(OTS): Identifikation von
Störursachen im
Anlagenbau
Bild: Fh-IPA
Zugänglichkeits-
untersuchung an
Bearbeitungszentrum
Bild: ESI Courtesy of Extricom
Virtuelle Demontage:
Zugänglichkeit
Hochlauf-
betreuung
27. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Zusammenfassung
14.08.2015 27
zahlreiche Anwendungsfelder Virtueller Techniken für die Fabrikplanung
zahlreiche Technologien im Einsatz (Visualisierung, AR, VR, Simulation)
integrierte Gesamtlösungen existieren nicht;
am nächsten kommen dem die großen PLM-Plattformen wie Delmia oder
Tecnomatix, diese aber zumeist ohne VR und AR
größter Nutzen: mit standardisierten Modellen und standardisiertem
Vorgehen
Wiederholungseffekte nutzen, diese aber u.U. nur durch Planungsbüros
oder Großunternehmen erzielbar
Betrachtungen Fehlerfolgekosten aus der Vergangenheit: u.U. Virtuelle
Techniken auch für kleinere Firmen sinnvoll
Fazit
28. Grundlagen-
ermittlung
Konzept-
planung
Realisierungs-
vorbereitung
Zielfestlegung
Detail-
planung
Realisierungs-
überwachung
Hochlauf-
betreuung
Projekt-
abschluss
Whitepaper
Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung
Umfeld
Fabrikplanung
Fazit
Zusammenfassung: Literatur
14.08.2015 28
Aggteleky, Béla: Fabrikplanung. Werksentwicklung und
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Fazit
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• Schmigalla, H.: Fabrikplanung; Begriffe und
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• Westkämper, E.: Kontinuierliche und partizipative
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Doil, F.; Schreiber, W.; Alt, T.; Patron, C.: Augmented Reality
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127Bracht, U.; Fahlbusch, M.: Fabrikplanung mit Virtual
Reality. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb
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Stuttgarter Innovationsforum, 2. und 4. Juni 1997, Stuttgart.
Stuttgart: FpF - Verein zur Förderung produktionstechnischer
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Gausemeier, J.; Grafe, M.; Ebbesmeyer, P.: Nutzenpotenziale
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