CoLa | Kollaborative Fabrikplanung für Brownfield Projekte

Kollaborative Brownfield-Fabrikplanung mithilfe von Punktwolken und VR

Entwicklung eines innovativen Punktwolken-basierten Planungsansatzes

Wie die Entwicklungen der letzten Jahre zeigen, nähern sich die Anzahlen an Brownfield- und Greenfield-Fabrikplanungsprojekten kontinuierlich an. Insgesamt werden jedes Jahr in Deutschland mehr als 2.400 genehmigungspflichtige Umbaumaßnahmen an bestehenden Fabrik- und Werkstattgebäuden durchgeführt. Dass die Relevanz von Brownfield-Projekten im Vergleich zu Greenfield in den letzten Jahren gestiegen ist, stellt dabei keineswegs eine Überraschung dar. Denn die Umplanung bestehender Fabrikgebäude bietet für Unternehmen einige Vorteile gegenüber einem Neubau. So werden beispielsweise Ressourcen gespart und die Umwelt geschont.

Auf der anderen Seite zeichnen sich Brownfield-Fabrikplanungsprojekte allerdings auch durch einige charakteristische Herausforderungen aus. Eine wichtige Rolle in diesen Projekten spielt die Datengrundlage zur bestehenden Fabrik, welche die Basis der Umplanung darstellt. Da diese in der Praxis allerdings oftmals mangelhaft ist, stehen die Planer zu Projektbeginn vor der Herausforderung, eine entsprechende Datengrundlage aufzubauen. Dieser Vorgang kann jedoch sehr zeitaufwendig sein. Hinzu kommt, dass die Kommunikation in Brownfield-Fabrikplanungsprojekten durch komplexe Prozesse und eine Vielzahl an Beteiligten oftmals erschwert ist.

Das Forschungsprojekt »CoLa« hat es sich zum Ziel gesetzt, genau diesen Herausforderungen durch einen innovativen Planungsansatz zu begegnen.

Planung eines Fabriklayouts in VR
© Christian Strohmayr | image24.eu
Planung eines Fabriklayouts in VR

Projektziel – Intuitive und kollaborative Fabrikplanung durch den Einsatz von Punktwolken

Ziel von »CoLa« ist es, Unternehmen in die Lage zu versetzen, intuitiv Layoutplanungsvarianten in Brownfield-Projekten zu erstellen und diese anhand von Kennzahlen zu bewerten. Damit sollen insbesondere die frühen Planungsphasen in Brownfield-Projekten vereinfacht werden. Außerdem soll der entwickelte Planungsansatz sowohl immersiv als auch kollaborativ sein. Diese beiden Ziele sollen durch den Aufbau einer VR-Umgebung erreicht werden, in welcher mehrere Projektbeteiligte gleichzeitig Anpassungen an dem Layout vornehmen können. Die Basis dieser VR-Umgebung bildet eine Punktwolke der realen Fabrik, die umgeplant werden soll. Durch die intelligente Nutzung von Punktwolken als Planungsgrundlage soll außerdem die Zeit verkürzt werden, welche zu Projektbeginn für den Aufbau einer Datenbasis in Form von digitalen Fabrikmodellen benötigt wird.

Ausgangssituation und Zielstellung des Projektes
© Fraunhofer IGCV
Ausgangssituation und Zielstellung des Projektes

Projektinhalte

Die Inhalte des Projektes spiegeln die Projektziele wider und bilden in Summe einen innovativen Planungsprozess, der mit dem Scannen einer Fabrik startet und mit der kennzahlenbasierten Optimierung der Layoutplanung endet. Folgende Bestandteile werden dabei konkret im Rahmen von »CoLa« erforscht:

 

Scan-Vorgang zur Erstellung der Punktwolke
© Gexcel SRL
Scan-Vorgang zur Erstellung der Punktwolke

Erweiterte Verarbeitung von Punktwolken zur Weiternutzung in der digitalen Fabrikplanung:

Ziel hierbei ist die Erzeugung von digitalen Modellen für Gebäude und Produktionssystem auf der Grundlage von Punktwolken, sodass der tatsächliche Zustand der Fabrik als digitalen Modell weitergenutzt werden kann.

Planungs- und Interaktionsmöglichkeiten in Virtuellen Räumen im Kontext der Fabrikplanung:

Im nächsten Schritt werden Vorteile und Einsatzbereiche von VR im Kontext der Fabriklayoutplanung untersucht. Durch die Nutzung eine VR-Plattform sollen Fabriklayouts ortsunabhängig, kollaborativ geplant und evaluiert werden können.

Erweiterte, kennzahlenbasierte Auswertung von Fabriklayouts in Virtuellen Räumen:

Die Layoutplanung im virtuellen Raum soll durch eine Auswahl an Kennzahlen unterstützt werden, sodass eine zuverlässige Bewertungsgrundlage für unterschiedliche Layoutvarianten geschaffen wird und Vergleichbarkeit entsteht.

Wechselwirkungen zwischen Fabrikgebäude und Produktionssystem zur Ableitung von Gebäudeanforderungen auf Grundlage spezifischer Fabriklayouts:

Auf Basis der erstellten Fabriklayouts sollen abschließend Anforderungen abgeleitet werden, die das neue Fabriklayout an das Gebäude stellt. So sollen umrüstungsaufwände in Brownfield-szenarien bewertbar gemacht werden.

Einblicke in die Ergebnisse erster Testläufe

Das Video zeigt die Ergebnisse erster Tests zur Integration von Fabrikmodellen in die VR-Plattform von Sideffects. Außerdem wird demonstriert, wie CAD-Modelle von Produktionsressourcen in das Gebäudemodell eingefügt und bewegt werden können. (Video credits: Side Effects AG)

Ausblick auf kommende Ergebnisse

© Gexcel SRL
Erfassen einer Fabrikhalle als Punktwolke

Die eigentlichen Entwicklungsarbeiten des Forschungsprojektes haben erst vor kurzem begonnen. Zum jetzigen Zeitpunkt sind jedoch bereits die nötigen Anforderungen definiert, um mit der Entwicklung der einzelnen Lösungsbausteine beginnen zu können. Hierbei werden derzeit bereits erste Tests zur Integration von Punktwolken-basierten Fabrikmodellen in eine VR-Umgebung durchgeführt. Hier könnte man das mitgelieferte Video einbauen. 

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