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Virtual Reality im Anlagenbau: VDC-Whitepaper
- 1. Whitepaper
Virtual Reality im Anlagenbau
Anwendungen, Nutzen, Technologien
von:
© Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
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- 2. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Anlagenbau
Umfeld: Der Anlagenbau als technisches Geschäftsfeld hat die Realisierung
technischer Anlagen zum Ziel. Der Anlagenbau umfasst dazu verschiedene
technische Disziplinen:
Verfahrenstechnik
Energie-/Elektrotechnik
Versorgungstechnik
Produktionstechnik
Anlagenplanung
Maschinenbau
Bild: VRMMP
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- 3. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Phasen im Entwicklungsprozess [Quelle: Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Anlagenbau ]
1. Verfahrens- bzw. Prozessentwicklung in Labor und Technikum
sowie einer Hochrechnung auf den industriellen Maßstab ("Scale-Up")
2. Ermittlung der administrativen, wirtschaftlichen
und technischen Rahmenbedingungen sowie der Anforderungen
3. Machbarkeitsuntersuchung mit technischem und wirtschaftlichem Vergleich verschiedener Konzepte
4. Konzeptphase ([Vorplanung]), d.h. Auswahl des endgültigen Konzeptes
und erste Schätzungen des technischen Anlagenumfanges
5. Ausarbeitung des technisch und wirtschaftlich vorteilhaftesten Konzeptes
und Ermittlung aller erwarteten Kosten
6. Genehmigungplanung zur Beschaffung der notwendigen Genehmigungen
7. Detaillierte Auslegung und Beschreibung aller notwendigen Komponenten
und Maßnahmen (Ausführungsplanung oder Detail Engineering)
8. Anfrage der beschriebenen (spezifizierten) Komponenten und Leistungen
9. Angebotsvergleich und Bestellung
10. Bau der Anlage
11. Inbetriebnahme der Anlage
12. Nachweis der vereinbarten Leistungen der Anlage (Stoff- & Energieumsatz, Qualität, Garantiedaten)
13. Übergabe der Anlage an den Betreiber
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- 4. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Kostenfestlegung vs. Kostenentstehung
Problematik verschärft mit Projektdauer und -komplexität
Beispiel [Quelle: Munroe & Associates]
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- 5. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Produktlebenszyklus vs. Fabriklebenszyklus
unterschiedliche Lebenszyklen
erfordern Wandlungsfähigkeit
der Produktionsmittel
und integrative Planung
Bild:
Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb,
Universität Stuttgart
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- 6. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Einsatz über alle Planungsschritte hinweg
Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Virtual Reality im Anlagenbau: über alle Planungsschritte hinweg
Basic Engineering
Grobe Prozessabfolge
Detail Engineering
Bau
Bild: ESI IC.IDO
3D-Modell als Integrationsplattform Inbetriebnahme
für verschiedene Gewerke
Betrieb
3D-Modell als Kommunikationsplattform
für verschiedene Disziplinen Um- und Rückbau
Dokumentation & Wissensmanagement
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- 7. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Einsatz über alle Planungsschritte hinweg
Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
3D-Modell zur Integration und Kommunikation
Integration von Geometrie und Kinematik
Integration von Geometrie und Steuerung
Integration mit Materialfluss und Logistik Daimler, Rastatt:
Robotik, Zuführung,
Bild: Fraunhofer IPA Materialfluss
Integration von Geometrie und
Physiksimulation (Struktur, Strömung)
Integration von Dokumentation
Visualisierung
Strömungsverhältnisse
Bild: Fraunhofer IFF in Anlage
Interaktive
Dokumentation
an Ausrüstung (Beispiel:
Extruder-Schnecken,
Bild: ESI IC.IDO
Extricom GmbH, Lauffen)
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- 8. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Basic Engineering: Virtual Reality-Anwendungsfelder
3D-Modell für Behördenplanung
Darstellung Anlagen und Gebäude im
Gesamtkontext
Verwendung 3D-Modell für Planung Bild: VRMMP Gesamtsicht auf Anlage
Generalbebauung: Geländemodell,
Straßen, Bahnen, Bestandsgebäude
Planungsvarianten: längere Beibehaltung High-Lighten von
Bereichen, z. B.
von Varianten im Planungsprozess: Bild: VRMMP Varianten
Festlegung erst, wenn notwendig
Virtuelle Begehungen, intuitive
Darstellung des Planungsvorhabens für
fremde Disziplinen und Fachfremde Bild: Fraunhofer IFF Virtual Walk-Through
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- 9. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Basic Engineering
Bild: Fraunhofer IPA
Planungstisch
für 2D-3D-Aufgaben
Gesamtsicht mit Gelände,
Straßen, Toren,
Bild: VRMMP Kühlwasser-Reservoir
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- 10. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Basic Engineering
Unglücks- & Störfallbetrachtungen
Darstellung Ausbreitungsrichtung
Schadstoffe im Zeitverlauf
Schadstoff-Ausbreitung
Bild: Visenso an Bohr-Plattform
Mit digitalem Geländemodell: Bild: Hydro
Darstellung Umschwemmungsbereiche
Durchlauf Interpretation, Diagnose,
Störstellensuche, Behebung Darstellung
Überschwemmung
Bild: VRMMP
Bild: VirtualCitySystems in 3D-Geländemodell
Bild links: Brand an
Bilder: ESI für elektrischen
Areva NP
Komponenten
Bild recht: Leckage
Simulation Falltest (oben real, unten Simulation) Bild: VRMMP Bild: VRMMP
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- 11. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Basic Engineering
Unglücks- & Störfallbetrachtungen
Fluchtwegeplanung
Evaluation Ausschilderung Warnschilder Fluchtweg über
Obergeschosse
und Fluchtwege Bild: VRMMP
Darstellung unübersichtlicher Wege
in mehreren Ebenen
Sichtverhältnisse bei Wetterlagen Sicht bei Schneefall:
Bild: VRMMP das nächste Schild?
bei Störfall versperrte Wege
(Feuer, Schadstoffe)
Versperrter Fluchtweg
Bild: Visenso bei Leckage / Brand
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- 12. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Detail Engineering
Konstruktionsunterstützung
Konstruktionsunterstützung, Geometrie-
planung, Sicherstellung Kollisionsfreiheit
Rohrleitungsbau
Vermeidung Mehrfachbelegung Bauraum Bild: VRMMP
Ein-/Ausbauuntersuchungen: Reihenfolgen,
Hebezeuge, Berücksichtigung biegeschlaffe
Zentrale Pumpstation
Materialien (Schläuche, Kabel) im Bergwerk:
Passiermöglichkeit
Bild: Fraunhofer IPA für Seitenkipplader?
geometrische Integration verschiedener
Gewerke: Virtual Mock-Up
Transportmittel, Fördertechnik
Review an Produktions-
Variantenplanung Bild: ESI IC.IDO
anlage, Gabler GmbH,
Ettlingen
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- 13. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Detail Engineering
Simulation in 3D-Modellen
Prozesstechnik, Verfahrenstechnik
Struktur und Strömung: Darstellung
Prozess-Simulation
Sicherstellung Funktionsfähigkeit, Bild: VRMMP
Optimierung
Automatisierungstechnik:
Auslegung Automatisierungssystem Strömungssimulation
Bild: Visenso in Zuführung Turbinen
Bild: ESI für Skoda Power
Speicherprogrammierbare
Simulation Montageprozess Turbine unter Berücksichtigung Verformung durch Schweißprozess Bild: VDC Steuerung an 3D-Modell
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- 14. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Detail Engineering
Ergonomie und Bedienbarkeit
Belastungen, Sicht- und Greifräume
Interaktive Montage-
und Zugänglichkeits-
Usability, Verständlichkeit untersuchung mit
Bild: ESI IC.IDO 3D-Menschmodell
Noise/Vibration/Harshness, Geruchsbelastung
Überprüfung anhand von
Simulationsmodellen
Bild: VRMMP Virtuelle Anzeige
Sicherheitstechnik, Unfallschutz
Überprüfung Greifräume
Überprüfung Trennsysteme, Absperrungen,
Sensorik, Verarbeitung (Sicherheitskonzept) Bild: Fraunhofer IPA Sicherheitszelle
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- 15. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Detail Engineering
Sicherheitszelle mit Trennzäunen,
Lichtschranken, Schaltern,
Übergabefächern und einem
Automatisierungssystem
Bild: Fraunhofer IPA
Bild: Fraunhofer IPA Bild: Fraunhofer IPA
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- 16. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder
Rückführung des Realisierungsstands
in Planungsunterlagen
Laserscan + 360°-Fotographie
Laser-Scan
Unterstützung Projektcontrolling
Änderungsmanagement
Kombination Laserscan Bild: Scantec 3D
und Geometrie für Laser-Scan,
Bild: eSZett 360°-Fotographie
Transportstudien
Bild: Scantec 3D
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- 17. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Bau & Retrofit: VR-Anwendungsfelder
Mischdatenverarbeitung
Augmented Reality (AR)
Abgleich Realität & digitale 3D-Daten: Mischdatenverarbeitung:
Laserscan plus
Bild: Scantec 3D 3D-Geometrie
Einplanen neu konstruierter
Objekte in Bestand
Überprüfung der digitalen
AR-Einplanung
Dokumentation in Bestand:
Bild: metaio Infrastruktur
AR-Einplanung
in Bestand:
Bild: Volkswagen neue Serie
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- 18. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder
AR-Einplanung
in Bestand:
Fördertechnik
Messfunktion
in AR
Bild: Volkswagen
Bild: TU München Bild: Volkswagen
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- 19. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Inbetriebnahme
Anlaufunterstützung
durch Teilsimulation
Hardware-in-the-Loop: Entwicklung und
Evaluation Sensorik, Aktorik, Steuerung Bild: Fraunhofer IPA
Gesamtschaubild
System-Simulation
Abläufe, Not-Aus,
Hochfahren, Herunterfahren
Hardware-in-the-Loop:
Steuerung gegen Modell,
Steuerung an realer
Bild: Fraunhofer IPA
Anlage
Integration Einzel-
Gewerke: Roboter -
Roboterzelle - Zelle
Bild: Fraunhofer IPA mit Fördertechnik
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- 20. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Inbetriebnahme
Training und Qualifizierung
Möglich zu verwaltende Wissensarten in
Virtuellen Umgebungen:
Positionswissen Örtlichkeit und Aussage
Bild: VRMMP einer Anzeige
Strukturwissen
Verhaltenswissen
Prozedurwissen
Möglichkeiten des Lernens in Virtuellen Umgebungen: Funktionsweise
Bild: VRMMP eines Prozesses
räumliches Explorieren
konzeptuelles Lernen
Erlernen motorischer Fähigkeiten
prozedurales Lernen Bedienung einer
virtuellen Steuerung
Bild: Fraunhofer IPA als Head-Up-Display
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- 21. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Inbetriebnahme
Training und Qualifizierung
Lernstufen: Erläutern, Begleiten, Prüfen
Einbringen von Dokumentation Funktionserläuertung
Bild: ESI IC.IDO vor der Powerwall
Einbringen von Simulatoren
Szenarien-Simulation
Sichtbarmachen von Verborgenem
Auszutauschendes
Bild: VRMMP Element, Bezeichnung
Bild: VRMMP Blick in die Turbine
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- 22. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Inbetriebnahme
Training und Qualifizierung:
Beispiel Hochspannungs-Umschaltwerk
Vermittlung aller Stromkreise über
3D-Ansicht des
interaktiven Schaltplan Bild: 5DT Umspannwerks
Isolatoren und Unterbrecher lassen sich
im Schaltplan öffnen und schließen
im Hintergrund überprüft ein Schaltplan mit
Hochspannungs-Sicherheitsprogramm Bild: 5DT räumlicher Zuordnung
die Richtigkeit aller Operationen
im nächsten Schritt werden Operationen
über simulierte Bedienerkonsole geführt
simulierte
Bild: 5DT Bedienerkonsole
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- 23. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Inbetriebnahme
Anlagen-
Trainingssimulator
Des Virtual Reality und
Multimedia Parks Turin:
Definition von Szenarien,
Abarbeiten von Szenarien,
gekoppelte
2D- und 3D-Sicht
Bild: VRMMP
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- 24. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Betrieb: Virtual Reality-Anwendungsfelder
Training und Qualifizierung
AR-Prozessunterstützung
Teleservice AR-unterstützt Werkzeugwechsel unter
Kollisions- und Abgleit-
Bild: ESI IC.IDO Bedingungen
Sicherheitsbegehung
der virtuellen Anlage in
Bild: ESI IC.IDO Maßstab 1:1
Zusatzinformationen,
über ein AR-Display
Bild: Fraunhofer IPA eingeblendet
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- 25. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Revamp & Revision: Virtual Reality-Anwendungsfelder
Rückführung Bestand und Realisierungsstand
in Planungsunterlagen, Variantenbetrachtung
Unterstützung Projekt-Controlling
Laserscan-Punktewolke
Änderungsmanagement Bild: Scantec 3D
Mischdatenverarbeitung:
Scan plus Neu-Konstruktion
Unglücks-/Störfallbetrachtung Geometrieerzeugung
Bild: Scantec 3D aus Laserscan
Aus-/Einbau-, Demontage- und
Zugänglichkeits-Untersuchungen
AR-gestütze Einplanung Diskussion vor
neuer Geometrien in Bestand Bild: ESI IC:IDO
Powerwall (Visualisierter
Laserscan & Geometrie)
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- 26. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Übersicht der Einsatzgebiete
in den jeweiligen Planungsphasen
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- 27. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
Nutzenpotenziale
Integratives 3D-Planungsmodell Optimierung Ergonomie
reduziert Abstimmungsfehler und Usability
Planungstransparenz, Zusammenführung Realität
schnellere Entscheidungsfindung und digitale 3D-Welt
Einbeziehung aller Fachdisziplinen Schnelle, einfache, verständliche
Dokumentation; Nutzung als
Kostenreduktion aufgrund
Wissensmanagement-Plattform
sinkender Fehlerfolgekosten
Training schon während
Verkürzung Stillstandzeiten
Planung/ohne Belegung
Optimierte Transport- und der Anlagen/gefahrlos
Fluchtwege-Planung mit Szenarien-Technik
Montage- und Imagegewinn durch
Demontageoptimierung moderne Technik
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- 28. VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau
Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen
VDC-Mitglieder und -Partner im Thema VR-Anlagenbau
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