Zukunftstechnologie in der täglichen Arbeit Fabrikplanung mit Augmented Reality
CAD-Modelle als Hologramme, manipulierbar und kollaborativ bearbeitbar: Augmented Reality (AR) soll Arbeitsabläufe in der Fabrikplanung revolutionieren. Beim weltgrößten Chemiekonzern BASF zeigt der Einsatz von AR bereits großes Potenzial.
Die Planung eines kompletten Werks oder auch einzelner Produktionslinien hat einen maßgeblichen Einfluss auf Investitions- und Betriebskosten. Zudem sind auch die Auslastung sowie die Produktqualität selbst stark von guter Planung abhängig. Nach wie vor aber stimmen virtuelle Planung und Realität zu oft nicht überein. Daten im System veralten, Konstruktionsfehler erschweren komplexe Bauvorhaben, Fehlplanungen lassen Kosten in die Höhe schießen.
Aktuell ist, was sich im Feld befindet. Wie also können Produktionsumgebungen optimal geplant werden? Wie können Unternehmen neue Werksanlagen, Maschinen, Leitungen integrieren, ohne den laufenden Betrieb einzustellen? Und wie sehen künftige Arbeitsabläufe von Ingenieuren dabei aus? Der AR-Experte Holo-Light hat sich zum Ziel gesetzt, mit Augmented-Reality-Software das Arbeiten mit CAD-Modellen auf eine neue Kollaborations- und Effizienzstufe zu heben. Das Unternehmen will mit seinem Augmented Reality Engineering Space (ARES) die Lücke zwischen der virtuellen Planung und dem, was letztlich real ist, schließen. Ingenieur-Teams bei BASF haben die neue Art des AR-Engineerings bereits in ihre tägliche Arbeitspraxis integriert: Sie gleichen mittels ARES digitale Planungsdaten effizient mit der realen Fabrikumgebung ab und dokumentieren Veränderungen in Echtzeit vor Ort.
Seit nun mehr als 30 Jahren machen Ingenieure Gebrauch von 3D-Renderings von CAD-Modellen, um die entsprechenden Produkte auf ihre Herstellbarkeit hin zu überprüfen. Im klassischen Workflow arbeiten sie dabei in CAD-Systemen wie AutoCAD: auf 2D-Bildschirmen und im verkleinerten Maßstab. Der Abgleich mit der Realität erfolgt dann meist per Hand. Das heißt, Ingenieure drucken Papierpläne aus, zeichnen weitere Daten aus dem CAD-Modell ein und prüfen anschließend – mit dem Klemmbrett ausgerüstet – die Entwürfe im Feld, ein zeitintensiver und vor allem auch fehleranfälliger Prozess. So werdenden etwa Rohrleitungen falsch
geplant oder nicht bedacht, Stromleitungen nicht eingeplant oder Lüftungskanäle nur mit grober Positionierung berücksichtigt. Gleiches gilt für Werksstrukturen, bereits vorhandene Kabelbäume, Maschinen, Zellen und ähnliches. Platzbedarf, Anschlüsse oder mögliche Kollisionen sind klare Herausforderungen bei Investitionsentscheidungen. So kann es leicht passieren, dass eine Fabrikanlage nachträglich kostenintensiv angepasst oder gar zeitweise stillgelegt werden muss.
Auch bei BASF erwies sich die Planung komplexer Anlagen und Rohrleitungen ohne reale Referenz auf einem 2D-Bildschirm oftmals als knifflig. Das Chemieunternehmen benötigte ein Tool, um Komponenten in den Fabriken – also vor Ort – maßstabsgetreu in der bestehenden Umgebung zu visualisieren und zu bearbeiten. Auch eine Rückführung der Daten für die weitere Planung sollte möglich sein. In Augmented Reality sieht BASF nun eine Schlüsseltechnologie für die vollständige Digitalisierung der Fabrikplanung und fördert den Einsatz von AR in der Praxis tatkräftig.
AR-Arbeitsplatz für Ingenieure
Konkret nutzen die BASF-Ingenieure für die Planung und Erweiterung von Zwischenproduktanlagen den Augmented Reality Engineering Space „ARES“des AR-Unternehmens Holo-Light. In Kombination mit Microsofts AR-Brille HoloLens bietet die Software-Suite den Experten ein Tool, um CAD-Daten (zum Beispiel aus PLM-Systemen) als Hologramme in realer Umgebung zu visualisieren, zu manipulieren und gemeinsam zu bearbeiten.
Mit Hilfe von ARES holen sich die Ingenieure geplante Rohrleitungen und Baugruppen direkt an ihren vorgesehenen Zielort. Anhand des digitalen Zwillings lässt sich somit schnell feststellen, ob Planung und Realität vereinbar oder noch Änderungen im Projekt erforderlich sind. “Was-wäre-wenn”-Testszenarien verschaffen den Ingenieuren zudem ein besseres Verständnis ihrer geplanten Fabrikanlage. Und auch während der Engineering-Phase hilft die Kontrolle vor Ort, Abweichungen frühzeitig zu bemerken und zu beheben, bevor sie zu Folgeproblemen führen. Diese Art der virtuellen Planung ist zudem eine gute Grundlage, um später über AR Wartungsund Support-Prozesse zu unterstützen und zu realisieren. Etwa durch zusätzliche
Schritt-für-Schritt-Anleitungen oder digitale Informationen, die Mitarbeiter mit AR-Brillen oder Mobile Devices am entsprechenden Ort in der Fabrikumgebung abrufen können.
Kollaboration leicht gemacht
Die Fabrikplanung ist seit jeher eine Disziplin, die von diversen Einflüssen aus verschiedenen Fachbereichen geprägt ist. Belange des Maschinen‐ und Anlagenbaus treffen auf die Belange des Bauwesens und der Architektur. Der Augmented Reality Engineering Space bietet eine Kollaborationsumgebung, um verschiedene Stakeholder zusammenzuführen. Die Software Suite ermöglicht ein sehr unkompliziertes, schnelles und vor allem reibungsloses Erleben komplexer 3D-Modelle in einem kollaborativen Raum. Das bedeutet, dass sämtliche Stakeholder sich standortunabhängig zu einer virtuellen Engineering-Besprechung einfinden und gemeinsam an dem CAD-Objekt arbeiten können. Alle in der Arbeitssitzung vermerkten Informationen oder am digitalen 3D-Modell notierten und markierten Anpassungen sind dann lückenlos in Automatisierungssysteme der weiteren Workflows integrierbar. Dies stellt eine abteilungs-, bereichs- und werksübergreifende Zusammenarbeit sicher.
Eine Überprüfung in Form einer Augmented-Reality-Besprechung hat zudem den zusätzlichen Vorteil, dass sich inkonsistente Details, leicht übersehbare Designfehler oder auch nötigte Modifikationen im Modell durch die Fachbereiche schnell erkennen und umsetzen lassen. Unternehmen sparen ihre Ressourcen und machen den Planungsprozess effizienter.
Ebenso vorstellbar ist, dass Fabrikplaner und Kunde gemeinsam Entwürfe oder Ideen in Augmented Reality skizzieren, diskutieren und weiterentwickeln. Der Kunde kann entscheiden, ob die Produktionsumgebung seinen Anforderungen entspricht und die Experten planen und entwickeln entsprechend zielgerichteter.
Mehr aus CAD herausholen
Grundsätzlich dient die AR-Arbeitsumgebung also als Planungs- sowie Kollaborationsplattform. Bei BASF etwa gestaltet die AR-Software ARES in Kombination mit Microsofts HoloLens die Planung effizienter und reduziert Baufehler. Die Visualisierung, Manipulation und der Austausch von Informationen werden durch die intuitive Handhabung leichtgemacht. Die passende Augmented-Reality-Software ist also nicht nur ein Tool, das Vorteile auf Unternehmensebene generiert, sondern Ingenieure in der Praxis bei der Planungsarbeit durch eine bessere, erweiterte Handhabung von CAD-Daten unterstützt.
Und gerade in Zeiten von Social Distancing ist es auch ein absoluter Vorteil, sich auf ein Kollaborationstool zu stützen, das es Mitarbeitern ermöglicht, an wichtigen Programmen und Projekten weiter zu arbeiten. Ohne Risiko und auch über große geografische Distanzen hinweg. Diese Vorteile werden auch nach der Bewältigung der aktuellen Viruskrise nicht an ihrer Wirkung verlieren. Was akut dazu beiträgt, die Planung weiter zu digitalisieren, kann langfristig die Basis für eine effizientere Kollaboration schaffen und den gesamten Engineering-Workflow optimieren. ( anm) ■