Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer automatisierten 3D-Layouterfassung zur Unterstützung von Fabrikplanungsprozessen

 

 

Die Fabrikplanung ist durch einen komplexen Entscheidungsprozess gekennzeichnet. Dabei nimmt die Datenaufnahme und -analyse im Rahmen der Grundlagenermittlung bis zu 50 Prozent des Projektaufwandes ein. Besonders die Ermittlung des bestehenden Layouts mit seinen unterschiedlichen Flächen (Lager, Bereitstellung, Maschinen, Funktionsflächen, etc.) nimmt durch die händische Bestimmung viel Zeit in Anspruch, da häufig keine detaillierten und aktuellen Layouts vorliegen. Aufgrund der hohen resultierenden Projektdauer und -kosten stehen KMU Wandlungsprozessen in der Fabrik regelmäßig kritisch gegenüber. Zudem ist eine dreidimensionale Planung, welche ein besseres Vorstellungsvermögen und somit bessere Ergebnisse erzielt, gegenwärtig nur mit hohem Aufwand realisierbar.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Technologien zur flugrobotergestützten Aufnahme und Analyse von Fabriklayouts durch eine automatisierte 3D-Layouterfassung. Dazu sollen teil-autonom fliegende Flugroboter eingesetzt werden, die 3D-Luftaufnahmen erzeugen. Durch die automatisierte 3D-Bildfusion kann ein maßstabsgetreues Gesamtbild der Fabrik erzeugt und automatisiert ausgewertet (z.B. Erkennung und Vermessung von Flächen und Maschinen) werden. Die gewonnenen Daten können direkt im Fabrikplanungsprozess (z.B. Raumbucherstellung) verwendet werden. KMU kann durch den geringeren Aufwand zur Grundlagenermittlung die Durchführung von Fabrikplanungsprojekten erleichtert sowie durch eine 3D-Planung ein verbessertes Resultat zur Verfügung gestellt werden. Das geplante Ergebnis des Forschungsprojekts beruht auf vier wesentlichen Teilzielen: Entwicklung einer teilautonomen Flugrobotersteuerung zum Betrieb in Fabriken (TZ1). Entwicklung eines Algorithmus zur Erzeugung eines maßstabsgetreuen 3D-Abbildes der Fabrik (TZ2). Entwicklung eines Algorithmus zur automatisierten Erkennung von Fabrikobjekten (TZ3). Validierung des Systems in Form eines funktionsfähigen Demonstrators (TZ4).

Ergebniszusammenfassung:

Fabrikplanungsprojekte sind komplex und zeitaufwendig. Allein die Datenaufnahme und -analyse im Rahmen der Grundlagenermittlung nimmt bis zu 50 Prozent des Projektaufwandes ein. Aufgrund des hohen Zeit- und Kostenaufwands stehen KMU Wandlungsprozessen in der Fabrik oft kritisch gegenüber.

Im Rahmen des Projekts Instant Factory Maps wurde ein Demonstrator entwickelt und umgesetzt, mit dem es möglich ist aufwandsarm ein Fabriklayout in 3D zu erfassen und zu bearbeiten. Für die Erfassung wird eine Drohne genutzt, die mit einer 2D-Kamera ausgestattet ist. Die Bearbeitung ist über ein Softwaretool möglich, dass in der Programmierumgebung Matlab umgesetzt wurde. Aufgrund der universellen Schnittstellen des Softwaretools können auch alternative 3D-Erfassungsmethoden (z. B. 3D-Laserscanner) für die Layoutplanung genutzt werden. Der Demonstrator wurde bereits für erste Testszenarien erfolgreich eingesetzt. Die Ergebnisse stehen den beteiligten Projektpartnern zur Verfügung.

Der Einsatz einer Drohne für einen Layoutscan hat die Zeit für die Layouterfassung stark verkürzt im Vergleich zu händischen Messungen. Mit der Drohne können schwer erreichbare Fabrikbereiche ohne Gefahr für den Menschen aufgenommen werden. Die Auswertung der Daten geschieht über das Softwaretool automatisch und kann direkt von einem Anwender (auch ohne Expertenwissen) genutzt werden. Mittels Drag and Drop ist es möglich intuitiv das Layout in 3D zu verändern, alternative Layouts zu erstellen oder CAD-Dateien zu importieren. Die Ergebnisse können direkt in handelsübliche CAD-Programmen oder Open Sources Software übertragen und visualisiert werden. Insbesondere KMU (mit ihren begrenzten finanziellen Ressourcen) profitieren von den Ergebnissen aus dem Projekt, da der Aufwand für die Planung reduziert wird und die Durchführung im Unternehmen erfolgen kann. Damit tragen die Ergebnisse zum Erhalt und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von KMU bei.