Simulation, Visualisierung, Analyse und Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen für Bauprojekte

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1 CST- Simulation, Visualisierung, Analyse und Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen für Bauprojekte CST ist ein prozess-basierte Simulationsbaukasten für Bauindustrie. CST ermöglicht es eine schnelle und realitätsnahe Modellierung der Unikatprozesse im Bauwesen und bietet verschiedenen Import und Export Datenschnittstellen und Validierung & Verifikationsmethoden. CST wurde im TU Dresden-Institut für Bauinformatik- im Rahmen des Forschungsprojektes MEFISTO ( entwickelt. Nutzen: Erhöhte Planungsqualität und Steigerung der Ressourcenauslastung Strategische Entscheidungsunterstützung Ausnahmebehandlung: Optimale Reaktion auf Störereignisse Frühzeitige Identifikation von Engpässen Analyse von Logistikvorgängen (Anliefervorgänge, Fahrwege, Lagerflächen) Merkmalen Simulation hochkomplexer Bauprozessen und Steuerstrategien Die Simulationsmodells werden schnelle erstellt Die Montage- und Logistikprozessen sind zusammen in einer einheitlich Umgebung gekoppelt Die Simulationsbausteine sind generisch und können für verschiedene Domäne benutzt (Rohbau, Ausbau, Tunnelbau, usw.), für jede Domain werden Prozesskataloge erstellet. Aussagekräftige 2D- und 3D Visualisierung Online-Schnittstellen für effektive Kommunikation und Kollaboration zwischen den Simulant und den Fachplaner. Integration mit dem IFC Standard für BIM-Modelle Integration mit dem Mefisto-Multimodell-Container Prozess-basierte Simulationsmethode 1 CST ist prozess-basierte Simulationsbaukasten. Die Bauprozessvorlagen werden verwendet, um die logischen Abfolgen, Randbedingungen, und den benötigten Ressourcen für typische Bauprozesse für verschiedene Domäne zur Verfügung zu stellen. Die grafische Spezifikationssprache Business Process Model and Notation" (BPMN) wird für Ihre Semantik und grafischen Darstellung Unterstützung benutzt. Die Prozessvorlagen diesen als Wissen Datenbank für Standard und firmenspezifischen Bauverfahren. Die große Vorteil hier ist die Möglichkeit die dynamischen Aspekte der Bauprozessen durch die "Control Flow Patterns

2 effektive abzubilden und die klare Übersichtdurch die grafische Darstellung der Prozessmodelle. Momentan unterstützt CST den folgenden Patteren: Sequence, Parallel, Split, Synchronization, Exclusive Choice, Simple Merge, und Arbitrary Cycles. (Definition vom Patteren: Process model Transformation Simulation model Prozessvorlage in BPMN: Wanderstellen nach dem Material (Ortbeton, Fertigteil, Mauer) Die BPMN Prozessvorlagen werden automatisch in dem Simulationsmodel übernommen. 2

3 Implementierung Die CST Bausteinbibliothek wird auf Grundlage des Simulationswerkzeuges Plant Simulation von Siemens PLM entwickelt. Eingabe-Bausteine Bauelemente (BIM-Daten) Mefisto Multimodell-Container (Import-Schnittstelle) Prozesskataloge Ressourcenpool Aufgabenliste Baustellenmodell Etageneditor Strategien Ausgabe-Bausteine Prozesspool 2D-Animation Projektmonitor 4D- Visualizer Terminplan (Gantt-Diagramme) WebSIM online-interface 3

4 Der Etage-Editor Baustein bietet einen einfachen 2D-Graphikeditor um die Bauwerksmodelldaten neu zu erstellen oder die Daten die aus einem Bauwerksmodell importiert wurden zu ändern. Beispielsweise um eine große Decke in verschiedene Abschnitte zu teilen oder die Daten einer Referenz-Etage mehrere Male zu erzeugen. Das Ziel liegt hier eindeutig auf der Anpassung von Daten und einen schnellen Einstieg in die Simulation, falls die BIM-Daten nicht zur Verfügung stehen. 4

5 4D Visualizer Dieser Baustein bietet die Möglichkeit, den Bauzustand zu einem bestimmten Zeitpunkt als 3D-Modell in das Standardformat COLLADA zu exportieren. Die Exportfunktion kann automatisiert nach bestimmten Zeitintervallen, z.b. tageweise aufgerufen werden, wobei jeder Zeitschritt in einem eigenen Layer gespeichert wird. Ebenso können Baugeräte wie Kräne und andere Elemente wie Baustraßen dargestellt und animiert werden. Projektmonitor Hierbei kann man die Auslastung z.b. von Arbeitskräften und Baumaschinen darstellen und verschiedene Szenarien miteinander vergleichen. Diese Auslastung kann als Histogramm oder als Balken mit relativen Anteilen der einzelnen Auslastungen an der gesamten Bauzeit dargestellt werden. 5

6 Terminplan: Ein wichtiger Bestandteil der Ausgabedaten ist die Darstellung der Simulationsergebnisse als detaillierter Terminplan. Durch Zusammenfassen der Einzelvorgänge zu Sammelvorgängen erhält der Terminplan eine hierarchische Struktur. Es ist auch möglich, diesen detaillierten Terminplan für eine weitere Analyse als Excel Tabelle/MS Project zu exportieren und mit ein andre zu Vergleichen. Drag & Drop Ressourcen Pool: Ein Verwalter für die vorhandenen Ressourcen(Arbeitskräfte, Materialien, Baugeräte) und ihre Kapazitäten als Konstant oder dynamisch durch Anlieferungslisten. Turmdrehkran Simulationsbaustein 6

7 Draw Panel: Mit diesem 2D-Animationsbaustein können 2D grafische Darstellungen erstellt werden. Jeder Bauprozess wird mit einer grafischen Darstellung versehen, die den simulierten Arbeitsfortschritt durch verschiedene Farben abbildet. Der Abbildungen können als Serie von Einzelbildern gespeichert werden, um die visuelle Überprüfung des Ablaufs unabhängig von der Simulation wiederholen zu können. Projektvorlage: Die Eingabe- und Ausgabebausteine sind als Projektvorlage zusammengefasst. Dadurch ist es möglich, ein Simulationsmodell schnell zu erstellen, gemeinsame Ressourcen in mehreren Projekten zu verwenden, und verschiedene Varianten eines Projekts zu vergleichen 7

8 ProSIM: Die ProSIM Web-basierte Schnittstelle ermöglicht es, die Simulationsmodelle mit allen Eingaben Daten, der Simulationsszenarien und ihre Ergebnisse online verfügbar darzustellen. Das macht die Kollaboration zwischen den Fachplaner und dem Simulanten viel einfacher und schafft eine höhere Transparenzebene. 8

9 Demonstration Projekten Auf der Grundlage von realen Bauprojekten und die Zusammenarbeit mit dem Industrie Partnern des MEFISTO Projektes ED. Züblin AG. und Max Bögel GmbH & Co. KG wurden zwei Simulationsszenarien zur Untersuchung der Montageprozesse und Materiallogistik aufgestellt: Demonstrationsprojekt Mefisto-Hochhaus: Rohbauarbeit Demonstrationsprojekt Mefisto-Flughafen: Rohbauarbeit und Baustellelogistik Die Simulationsmodelle und ausgewählten Simulationsszenarien und deren Ergebnissen sind für Interessierte verfügbar: Mefisto-Hochhaus: Mefisto-Flughafen: 9