Die Fabrikplanung kann mit einem komplexen Puzzle verglichen werden, bei dem höchst unterschiedliche Teile von mehreren Akteuren zusammengefügt werden. Die Fabrikplanung wird durch die Vielzahl der verwendeten Planungswerkzeuge erschwert, denen es an Interoperabilität mangelt. Die Zusammenführung von verschiedenen Informationsquellen ist von manueller Arbeit und Ineffizienzen geprägt. Insbesondere für KMU ist die Validierung von Planungsszenarien schwierig, da ohne hinreichendes Fachwissen die verschiedenen Planungswerkzeuge nicht effektiv eingesetzt werden können. Zusätzlich werden häufig veraltete Planungsmethoden verwendet, die rückwirkende Planungsänderungen erschweren.
Um diesen aktuellen Herausforderungen zu begegnen, müssen Potenziale neuer Technologien zur Weiterentwicklung der Planungswerkzeuge genutzt werden. Ein neuartiger Ansatz unterstützt die derzeitige Entwicklung digitaler Fabrikzwillinge und zielt darauf ab, eine anforderungsgerechte und praktikable Softwarelösung zu erreichen, die von der Leistungsfähigkeit einer Virtual Reality (VR)-Entwicklungsumgebung profitiert. Schließlich bietet die Softwarelösung eine Plattform, die nicht nur Visualisierungen, sondern auch Interaktion, Design und Simulation ermöglicht.
Aus den Daten der Fabrikdigitalisierung entsteht das VR-Modell
Die Herangehensweise basiert auf der Vereinheitlichung und Analyse von Daten aus verschiedenen Planungsszenarien, die in einem umfassenden digitalen Modell konsolidiert werden. Dazu wird ein standardisierter Workflow zur Fabrikdigitalisierung eingesetzt. Zu Beginn wird auf Basis eines Laserscans ein hochgenaues digitales Modell der Produktion und des Gebäudes inklusive technischer Gebäudeausstattung modelliert. Nachfolgend wird das digitale Modell mit Hilfe der Entwicklungsumgebung Unreal Engine in die Virtual Reality überführt. Mit der ursprünglich für die Computerspiel-Programmierung entworfene Entwicklungsumgebung kann somit eine Schnittstelle zur Realisierung interaktiver Funktionalitäten geschaffen werden.
In der Virtual Reality kann das Fabriklayout mit seinen Maschinen und Prozessen auf eine immersive Weise erkundet werden. Mit der Integration weiterer Funktionalitäten kann die Fabrikplanung durch interaktive Layout-Erkundungen, realistische Prozesssimulationen, Echtzeit-Datenintegration und kollaborative Planung verbessert werden. Erst durch die Verschmelzung dieser Funktionalitäten in einer Benutzerschnittstelle kann ein umfassender Blick auf den Planungsstand gewonnen werden. Dadurch können verschiedene Arbeitsabläufe, wie das Management der Lieferkette, Montageprozesse und Ressourcenzuweisungen optimiert werden. In der Virtual Reality kann der Planungsstand realistisch erlebt werden, was zur Validierung von komplexeren Fabrikplanungsszenarien mit aufwändigeren Maschinenlayouts beiträgt.
Das VR-Erlebnis ermöglicht es, Fabriken zu erkunden und die Anordnung von Arbeitsplätzen zu bewerten, um deren optimale Nähe und Anordnung zu bestimmen. Somit kann aus verschiedenen Planungsszenarien das geeignetste ausgewählt werden.
Weiterentwicklung der Softwarelösung zum digitalen Fabrikzwilling
Die Verbindung mit einem integrierten Informationssystem bedeutet, dass Fabrik- und Planungsinformationen nahtlos zwischen verschiedenen Datenquellen fließen und gemeinsam dargestellt werden können. Mit einer Echtzeitfähigkeit der Schnittstellen und Abbildung in einem digitalen 3D-Modell kann ein digitaler Fabrikzwilling umgesetzt werden. Somit bietet die vorgestellte Softwarelösung bereits einen praktischen Startpunkt zur Realisierung von digitalen Fabrikzwillingen. Hier wird bereits gezeigt, dass die VR-Darstellung die Verständnisgenerierung erleichtert. Schließlich können so strategische Entscheidungen in der Fabrikplanung informierter getroffen werden. Darüber hinaus wird die Umwandlung der Planungsergebnisse in verständliche Visualisierungen eine praktische Realität, welche wiederum eine Kommunikation mit der Geschäftsleitung und Investoren erleichtert.
Während die aktuelle Version der Softwarelösung vorrangig als Demonstrator dient, konzentrieren sich die laufenden Entwicklungen darauf, neue Anwendungsfälle aufzudecken und zu erforschen, um die Reichweite der Lösung über die Fabrikplanung hinaus zu erweitern. Zum Beispiel ist eine Echtzeit-Produktionsüberwachung möglich, bei der der aktuelle Produktionsstatus oder die Maschinen-KPIs direkt im digitalen Modell angezeigt werden können. Weiterhin soll die Integration der Predictive-Maintenance-Systeme, einen Überblick über den Wartungsbedarf aller Maschinen bieten und Analysen der Maschinenleistung ermöglichen.
Der vorgestellte Ansatz erweitert die Fabrikdigitalisierung um eine VR-basierte Softwarelösung. Aufgrund ihrer Praktikabilität und Nutzerfreundlichkeit kann dieses Planungswerkzeug unabhängig von der bestehenden digitalen Expertise eines Unternehmens genutzt werden, um Fabriklayouts mit seinen Arbeitsabläufen und Produktionsprozessen zu visualisieren und zu optimieren. Außerdem wird hiermit der Grundstein für die Realisierung von digitalen Fabrikzwillingen gesetzt.
Weitere Informationen zum digitalen Fabrikzwilling: www.wzl.rwth-aachen.de
