Whitepaper Virtual Reality im Anlagenbau Anwendungen, Nutzen, Technologien
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- Chantal Reuter
- vor 7 Jahren
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1 Whitepaper Virtual Reality im Anlagenbau Anwendungen, Nutzen, Technologien von: 1
2 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 2
3 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Phasen im Entwicklungsprozess [Quelle: Wikipedia ] 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 3
4 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Kostenfestlegung vs. Kostenentstehung Problematik verschärft mit Projektdauer und -komplexität Beispiel [Quelle: Munroe & Associates] 4
5 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 5
6 Grobe Prozessabfolge VDC-Whitepaper Basic Engineering Detail Engineering Einsatz Bau über & Retrofit alle Planungsschritte Inbetriebnahme hinweg Betrieb Revamp & Revision Nutzen Virtual Reality im Anlagenbau: über alle Planungsschritte hinweg Basic Engineering Detail Engineering Bau Bild: ESI IC.IDO 3D-Modell als Integrationsplattform für verschiedene Gewerke 3D-Modell als Kommunikationsplattform für verschiedene Disziplinen Inbetriebnahme Betrieb Um- und Rückbau Dokumentation & Wissensmanagement 6
7 Basic Engineering Detail Engineering Einsatz Bau über & Retrofit alle Planungsschritte Inbetriebnahme hinweg 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 Integration von Geometrie und Physiksimulation (Struktur, Strömung) Integration von Dokumentation Bild: Fraunhofer IPA Bild: Fraunhofer IFF Daimler, Rastatt: Robotik, Zuführung, Materialfluss Visualisierung Strömungsverhältnisse in Anlage Bild: ESI IC.IDO Interaktive Dokumentation an Ausrüstung (Beispiel: Extruder-Schnecken, Extricom GmbH, Lauffen) 7
8 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 Generalbebauung: Geländemodell, Straßen, Bahnen, Bestandsgebäude Planungsvarianten: längere Beibehaltung von Varianten im Planungsprozess: Festlegung erst, wenn notwendig Virtuelle Begehungen, intuitive Darstellung des Planungsvorhabens für fremde Disziplinen und Fachfremde Bild: Fraunhofer IFF Gesamtsicht auf Anlage High-Lighten von Bereichen, z. B. Varianten Virtual Walk-Through 8
9 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, Kühlwasser-Reservoir 9
10 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Basic Engineering Unglücks- & Störfallbetrachtungen Darstellung Ausbreitungsrichtung Schadstoffe im Zeitverlauf Mit digitalem Geländemodell: Darstellung Umschwemmungsbereiche Durchlauf Interpretation, Diagnose, Störstellensuche, Behebung Bild: Hydro Bild: Visenso Bild: VirtualCitySystems Schadstoff-Ausbreitung an Bohr-Plattform Darstellung Überschwemmung in 3D-Geländemodell Bilder: ESI für Areva NP Bild links: Brand an elektrischen Komponenten Bild recht: Leckage Simulation Falltest (oben real, unten Simulation) 10
11 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Basic Engineering Unglücks- & Störfallbetrachtungen Fluchtwegeplanung Evaluation Ausschilderung Warnschilder und Fluchtwege Darstellung unübersichtlicher Wege in mehreren Ebenen Sichtverhältnisse bei Wetterlagen bei Störfall versperrte Wege (Feuer, Schadstoffe) Fluchtweg über Obergeschosse Sicht bei Schneefall: das nächste Schild? Bild: Visenso Versperrter Fluchtweg bei Leckage / Brand 11
12 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Konstruktionsunterstützung Konstruktionsunterstützung, Geometrieplanung, Sicherstellung Kollisionsfreiheit Vermeidung Mehrfachbelegung Bauraum Ein-/Ausbauuntersuchungen: Reihenfolgen, Hebezeuge, Berücksichtigung biegeschlaffe Materialien (Schläuche, Kabel) geometrische Integration verschiedener Gewerke: Virtual Mock-Up Transportmittel, Fördertechnik Variantenplanung Bild: Fraunhofer IPA Bild: ESI IC.IDO Rohrleitungsbau Zentrale Pumpstation im Bergwerk: Passiermöglichkeit für Seitenkipplader? Review an Produktionsanlage, Gabler GmbH, Ettlingen 12
13 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Simulation in 3D-Modellen Prozesstechnik, Verfahrenstechnik Struktur und Strömung: Sicherstellung Funktionsfähigkeit, Optimierung Automatisierungstechnik: Auslegung Automatisierungssystem Bild: Visenso Darstellung Prozess-Simulation Strömungssimulation in Zuführung Turbinen Bild: ESI für Skoda Power Simulation Montageprozess Turbine unter Berücksichtigung Verformung durch Schweißprozess Bild: VDC Speicherprogrammierbare Steuerung an 3D-Modell 13
14 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Ergonomie und Bedienbarkeit Belastungen, Sicht- und Greifräume Usability, Verständlichkeit Noise/Vibration/Harshness, Geruchsbelastung Überprüfung anhand von Simulationsmodellen Sicherheitstechnik, Unfallschutz Überprüfung Greifräume Überprüfung Trennsysteme, Absperrungen, Sensorik, Verarbeitung (Sicherheitskonzept) Bild: ESI IC.IDO Bild: Fraunhofer IPA Interaktive Montageund Zugänglichkeitsuntersuchung mit 3D-Menschmodell Virtuelle Anzeige Sicherheitszelle 14
15 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 15
16 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder Rückführung des Realisierungsstands in Planungsunterlagen Laserscan Fotographie Unterstützung Projektcontrolling Änderungsmanagement Kombination Laserscan und Geometrie für Transportstudien Bild: Scantec 3D Bild: eszett Laser-Scan Laser-Scan, 360 -Fotographie Bild: Scantec 3D 16
17 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Bau & Retrofit: VR-Anwendungsfelder Mischdatenverarbeitung Augmented Reality (AR) Abgleich Realität & digitale 3D-Daten: Einplanen neu konstruierter Objekte in Bestand Überprüfung der digitalen Dokumentation Bild: Scantec 3D Bild: metaio Mischdatenverarbeitung: Laserscan plus 3D-Geometrie AR-Einplanung in Bestand: Infrastruktur Bild: Volkswagen AR-Einplanung in Bestand: neue Serie 17
18 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 18
19 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 Abläufe, Not-Aus, Hochfahren, Herunterfahren Bild: Fraunhofer IPA Bild: Fraunhofer IPA Gesamtschaubild System-Simulation Hardware-in-the-Loop: Steuerung gegen Modell, Steuerung an realer Anlage Bild: Fraunhofer IPA Integration Einzel- Gewerke: Roboter - Roboterzelle - Zelle mit Fördertechnik 19
20 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Training und Qualifizierung Möglich zu verwaltende Wissensarten in Virtuellen Umgebungen: Positionswissen Strukturwissen Verhaltenswissen Prozedurwissen Möglichkeiten des Lernens in Virtuellen Umgebungen: räumliches Explorieren konzeptuelles Lernen Erlernen motorischer Fähigkeiten prozedurales Lernen Bild: Fraunhofer IPA Örtlichkeit und Aussage einer Anzeige Funktionsweise eines Prozesses Bedienung einer virtuellen Steuerung als Head-Up-Display 20
21 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Training und Qualifizierung Lernstufen: Erläutern, Begleiten, Prüfen Einbringen von Dokumentation Einbringen von Simulatoren Szenarien-Simulation Sichtbarmachen von Verborgenem Bild: ESI IC.IDO Funktionserläuertung vor der Powerwall Auszutauschendes Element, Bezeichnung Blick in die Turbine 21
22 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Training und Qualifizierung: Beispiel Hochspannungs-Umschaltwerk Vermittlung aller Stromkreise über interaktiven Schaltplan Isolatoren und Unterbrecher lassen sich im Schaltplan öffnen und schließen im Hintergrund überprüft ein Hochspannungs-Sicherheitsprogramm die Richtigkeit aller Operationen im nächsten Schritt werden Operationen über simulierte Bedienerkonsole geführt Bild: 5DT Bild: 5DT Bild: 5DT 3D-Ansicht des Umspannwerks Schaltplan mit räumlicher Zuordnung simulierte Bedienerkonsole 22
23 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 23
24 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Betrieb: Virtual Reality-Anwendungsfelder Training und Qualifizierung AR-Prozessunterstützung Teleservice AR-unterstützt Bild: ESI IC.IDO Werkzeugwechsel unter Kollisions- und Abgleit- Bedingungen Bild: ESI IC.IDO Sicherheitsbegehung der virtuellen Anlage in Maßstab 1:1 Bild: Fraunhofer IPA Zusatzinformationen, über ein AR-Display eingeblendet 24
25 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 Änderungsmanagement Mischdatenverarbeitung: Scan plus Neu-Konstruktion Unglücks-/Störfallbetrachtung Aus-/Einbau-, Demontage- und Zugänglichkeits-Untersuchungen AR-gestütze Einplanung neuer Geometrien in Bestand Bild: Scantec 3D Bild: Scantec 3D Bild: ESI IC:IDO Laserscan-Punktewolke Geometrieerzeugung aus Laserscan Diskussion vor Powerwall (Visualisierter Laserscan & Geometrie) 25
26 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Übersicht der Einsatzgebiete in den jeweiligen Planungsphasen 26
27 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Nutzenpotenziale Integratives 3D-Planungsmodell reduziert Abstimmungsfehler Planungstransparenz, schnellere Entscheidungsfindung Einbeziehung aller Fachdisziplinen Kostenreduktion aufgrund sinkender Fehlerfolgekosten Verkürzung Stillstandzeiten Optimierte Transport- und Fluchtwege-Planung Montage- und Demontageoptimierung Optimierung Ergonomie und Usability Zusammenführung Realität und digitale 3D-Welt Schnelle, einfache, verständliche Dokumentation; Nutzung als Wissensmanagement-Plattform Training schon während Planung/ohne Belegung der Anlagen/gefahrlos mit Szenarien-Technik Imagegewinn durch moderne Technik 27
28 Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen VDC-Mitglieder und -Partner im Thema VR-Anlagenbau 28
29 Das Thema interessiert Sie und Sie suchen nach Umsetzungspartnern? Sprechen Sie mit uns. VDC. Netzwerk für Virtual Engineering. Virtual Dimension Center (VDC) Auberlenstr Fellbach Tel.: 0711 / info@vdc-fellbach.de 29
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