Die Virtuelle Fabrik – Was ist das?
Was ist die virtuelle Fabrik?
Die VDI Richtlinie 4499 beschreibt die digitale Fabrik als Oberbegriff von digitalen Modellen, Werkzeugen und Methoden, was dreidimensionale Visualisierung und Simulation beinhaltet. Das Ziel ist dabei, eine Fabrik ganzheitlich zu planen und zu evaluieren. Dies dient der Verbesserung der Prozesse, Strukturen und Ressourcen in der realen Fabrik und der realen Produktion.
Das Ziel einer digitalen Fabrik ist die Planung und Evaluierung aller wichtigen Strukturen, Arbeitsprozesse und Ressourcen in einer realen Fabrik sowie deren laufende Verbesserung mithilfe einer speziellen digitalen Fabrik Software - mit ihr wird eine Fabrik Simulation durchgeführt. Industrie 4.0 und Big Data sowie die daraus entstehende Vernetzung schaffen Transparenz und sorgen dafür, potenzielle Risiken zu erkennen. Die virtuelle Fabrik ist die Innovation der Zukunft bei der Planung und der Gestaltung von realen Fabriken. Mittlerweile hat die virtuelle Fabrik auch Einzug in den Unis im Fachbereich Mechatronik/ Robotik gehalten.
Möglichkeiten der virtuellen Fabrik
Eine virtuelle Fabrik ist sehr leistungsfähig, da sich reale Fabriken meistens nur auf ihre Fertigungsschwerpunkte, wie zum Beispiel auf die Produktionsverfahren, auf das Produkt selbst und auf die Produktionsprozesse fokussieren. Eine virtuelle Fabrik hingegen ist sehr flexibel, verwendet standardisierte Kommunikationswerke und hat eine gute IT-Infrastruktur.
Anders als reale Fabriken setzen virtuelle Fabriken ein Regelwerk voraus, welches sich an Vorgaben zur Qualitätssicherung, der Kosten- und Gewinnverteilung sowie der Informationspflicht hält. Eine virtuelle Fabrik ermöglicht die reale Fabrikplanung durch verschiedene Instrumente und Methoden sowie mithilfe einer informationstechnologischen Unterstützung durch digitale Fabrikplanungssoftware.
Die digitale Fabrikplanung beginnt bei der Entwicklung der Produkte, geht über die Produktionsplanung und dem Anlauf der Fabrik bis hin zum Fabrikbetrieb. Alle Bereiche einer Fabrik werden nicht nur geplant und abgebildet, sondern auch simuliert. Schließlich wachsen die Ansprüche an alle Unternehmen im Hinblick auf deren Flexibilität. Die Notwendigkeit von Veränderungen wird immer größer, da sich die Rahmenbedingungen in der Wirtschaft im Wettbewerb ständig ändern.
Vorteile der virtuellen Fabrik
Der Fabrikaufbau ist mit vielen Prozessen verbunden, die dynamisch sind - eine Fabriksimulation bildet das Fabriksystem mit den daran verknüpften dynamischen Prozessen nach. Mit der virtuellen Fabrik kann experimentiert werden und das Ziel der Simulation ist es, dabei so nah wie nur möglich an die Wirklichkeit zu stoßen. Dadurch lassen sich aus der Fabriksimulation Erkenntnisse auf die reale Fabrik schließen, die später auf die echte Fabrik übertragen werden können. Die Visualisierung mithilfe von Fabrikplanungssoftware hat bei der Entwicklung einer realen Fabrik einige Vorteile:
- Es ist nicht nur eine 3D-Darstellung auf Monitoren möglich, durch eine spezielle Visualisierungstechnik kann der Betrachter auch in der virtuellen Fabrik integriert werden. Dadurch erhält der Betrachter noch realistischere Vorstellungen.
- Mit einer virtuellen Animation der Prozesse lässt sich eine schnelle und kostengünstige Planung der Fabrik erreichen und die Fehleranfälligkeit wird reduziert.
- Materialflüsse werden simuliert und die Materialflussanalyse dient später der Optimierung der Durchlaufzeiten, Anordnung der Fertigungsmittel, den Rüstzeiten und Pufferflächen, der Transportwege und der erforderlichen Bestände.
- Alle Fertigungs- und Montageprozesse werden virtuell simuliert.
- Die Arbeitsabläufe in der Fertigung, Montage und Logistik können modelliert und bewertet werden.
- Eine externe Logistikanbindung kann Kennzahlen-basiert geplant werden.
- Bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen werden nicht nur die Ergonomie und kurzen Wege berücksichtigt, sondern gleichzeitig auch die Mitarbeiterzufriedenheit und somit die Produktivität im Unternehmen erhöht.
- Bei der Ausgestaltung von Arbeitssystemen hilft die virtuelle Fabrik bei der bestmöglichen Gestaltung bereits vor Realisierung
Grenzen der virtuellen Fabrik
Die Ergebnisse einer Simulation können nur dann zuverlässig sein, wenn die virtuelle Fabrik dahingehend geprüft wird, ob sie mit der Realität übereinstimmt - die sogenannte Validierung. Ein Simulationsmodell, mit dem experimentiert werden kann, muss daher sehr realitätsnah und genau sein, um die Prozesse und deren Zusammenarbeit in einer Animation abzubilden und umsetzen zu können. Im Idealfall ist die virtuelle Fabrik flexibel und erweiterbar.
Die virtuelle Fabrik in der Industrie
Eine virtuelle Fabrik in der Industrie führt sämtliche Gebäude mit ihren Werksanlagen inklusive der Maschinen in einer detaillierten 2D- oder 3D-Grafik zusammen. Dabei werden in der Animation die damit verbundenen Arbeitsprozesse analysiert. Sämtliche Strukturen lassen sich dabei detailgenau im Design aufzeichnen und werden in Simulationen dargestellt, ähnlich wie bei einem CAD Programm eines technischen Zeichners. Dadurch können später Fehler, Leerläufe, falsche Kalkulationen und Kollisionen von Abläufen vermieden oder auf ein Minimum reduziert werden. Mithilfe von Sensivitätsanalysen werden die Auswirkungen bei veränderten Eingaben untersucht.
- Reduzierung der redundanten Daten
- Standardisierung der Arbeitsprozesse, Ressourcen und Betriebsmittel
- Berechnungen von Kosten, Zeit und Ressourcen
- Erkennen von möglichen Einsparungen oder Automatisierungspotenzial
- Visualisierung von Aufgaben, Verantwortungen und Kompetenzen
Die virtuelle Fabrik in der Logistik
Im Bereich der Logistik übernimmt die virtuelle Fabrik die Planung der gesamten Beschaffungskette, angefangen vom Lieferanten bis hin zum Bereitstellungsort. Dabei werden alle erforderlichen Faktoren auf Basis von festgelegten Standards geplant. Dazu zählen das Personal, die Betriebsmittel, alle Einrichtungen sowie die Verpackungen. In der Logistik plant und analysiert die virtuelle Fabrik nicht nur alle Prozesse, sondern auch die Arbeitsplätze, das Layout des Werks sowie die Materialflüsse.
Fabrikplanung mit Software
Grundsätzlich dient Fabrikplanung mit Software zwei Zielen:
- Erstellung einer idealen Realplanung mit einem besseren Verständnis für Fabrikreallayouts.
- Simulation aller dynamischen Prozesse inklusive Quantifizierung aller Parameter und Einflussgrößen sowie die Abbildung von Kennzahlen bei der Bewertung der Leistung sowie der Fehleranfälligkeit.
Die virtuelle Fabrik mit dem taraVRbuilder
Der taraVRbuilder ist eine Software, mit der einfach und schnell alle dynamischen Produktionsanlagen inklusive der Logistik im Rahmen der Industrie 4.0 und der digitalen Fabrik dargestellt werden können. Die Bibliothek enthält mehr als 500 verschiedene Objekte, die es ermöglichen, Fabrikanlagen einfach und schnell mithilfe von Drag & Drop zu planen. Viele Güter sind bereits fertig verfügbar oder können kundenspezifisch aus einem 3D-System importiert werden.
Der taraVRbuilder von tarakos ist eine schnelle und effiziente Lösung für eine attraktive Präsentation und 3D-Visualisierung für die Fabrikplanung und Logistik. Die Anwendung erfolgt ohne 3D CAD- oder Programmierungs-Kenntnisse und in den Objekten ist eine Animation enthalten. Sämtliche Produktions- und Förderanlagen werden einfach simuliert und dabei wird das Takt- und Zeitverhalten der Produktionsanlagen berücksichtigt. Die Bedienung erfolgt intuitiv und die Präsentationsvideos können mit allen handelsüblichen Video-Playern abgespielt werden.