Brauche ich 3D für die Layoutplanung?

Jeder von uns hat schon mal in irgendeiner Form Berührungspunkte mit 3D-Modellen gehabt. Bekannte Anwendungen dafür sind u. a. Architekturplanung eines Wohnhauses, eine AR-App als Werbung für ein Spielzeug oder das virtuelle Produkt beim Kollegen in der CAD-Abteilung. Es wird also zweifellos mit 3D-Modellen geplant und auch präsentiert. Aber brauche ich eine 3D Layoutplanung für meine Fabrik? Welche Anwendungen machen überhaupt Sinn? In diesem Artikel soll um das Für und Wider solcher Fragestellungen gehen.

Anwendungsfall für 3D-Layout zur Kollisionsprüfung mit Portalkran

In der digitalen Fabrikplanung werden 3D-Modelle u. a. wie folgt genutzt:

  • zur Höhenvisualisierung von Decken und Toren u. a.
  • für eine räumliche Anordnung von Ausrüstung
  • zur Standortvisualisierung der Fabrik

3D hilft uns Raum, Entfernungen und Größenverhältnisse besser zu verstehen. Auf der anderen Seite bilden wir aber auch ganz bewusst Abstraktionen in 2D um ein klares, vereinfachtes Modell zu schaffen. So entsteht auch die Frage:

Brauche ich 3D dann wirklich in der Planung?

Als Beispiel nehme ich hier ein kleines mittelständiges, produzierendes Unternehmen mit knapp über 200 Mitarbeitern. Dort plant ein Herr Franke aktuell einen Produktionsbereich auf einer Fläche von 2.500 m². Er verwendet für seine Aufstellplanung eine einfache CAD-Zeichnung und das hat ihm bisher auch immer gereicht.

2D-Layout einer Montagelinie mit Vermaßung in visTABLE®touch
bemaßte 2D Zeichnung von Montageplätzen

Er stellt sich dabei eine ganz praktische Frage:

Welchen Mehrnutzen bringt mir eine 3D Layoutplanung und löse ich damit überhaupt meine Planungsaufgabe?

  • Muss ich jemandem zeigen wie das beauftragte Produkt durch unsere Fertigung läuft (Stichwort IATF 16949)?
  • Interessieren mich Kennzahlen für Flächenbilanz und Transportaufwand?
  • Muss ich Produktionsgemeinkosten für Produkte kalkulatorisch absichern?
  • Gibt es Kollegen die Ersatz und Neuanschaffung von Produktionsausrüstungen im Layout einfach und verständlich darstellen müssen?
  • Will ich meine Ideen für die Produktion ohne externe Beratung selbst visualisieren?

Für Herr Franke entsteht hier evtl. erst mal gar kein Mehrnutzen. Denn er plant allein in 2D und entscheided auch selbst auf Basis sehr einfacher Kennzahlen. Seine Planung ist nach dem ersten Konzeptlayout i. d. R. schon abgeschlossen. Dann rufen ihn schon wieder andere Aufgaben. Layoutplanung macht letztlich nur einen sehr kleinen Teil seiner täglichen Arbeitszeit aus.

Das flache Masterlayout als gemeinsamer Startpunkt

Im ersten Schritt reicht eben oft die einfache Aufstellung von Blöcken auf einem 2D-Layout. Deshalb wird das auch Blocklayout genannt. Verwenden Sie in der Praxis dafür als Basis einen importierten Gebäudegrundriss als DXF/DWG. Damit lässt sich sehr schnell ein erster grober Werksplan erzeugen. Dieser kann dann als Basis für die Abbildung von Materialflüssen genutzt werden. Damit lassen sich anstehende Umbau- und Ausbauideen mit Kennzahlen bewerten und Handlungsbedarf im Layout erkennen.

Beispiel einer Flächenbilanz auf Standortebene
Beispiel einer Flächenbilanz auf Standortebene

Erzeugen Sie so eine Kombination aus Prozess und Layout in digitaler Form. Das ist bereits ein erster wichtiger Schritt zur Bewertung der Situation. Danach leiten Sie viel einfacher die nächsten Schritte im Planungsprozess ab. 3D ist in dieser frühen Phase kein Muss. Häufige Fragen sind:

  • Braucht aktuell schon jemand eine 3D-Visualisierung und zu welchem Zweck?
  • Sind 3D-CAD-Daten von Ausrüstung und Gebäude überhaupt vorhanden?
  • Wenn ja, ist deren Komplexität für die Anwendung im Fabriklayout angemessen?

Wenn Sie eine der letzten beiden Fragen mit nein beantworten und bereits 3D eine Anforderung ist, dann braucht es Alternativen.

Bestehende Modelle einfach nutzen

Am Beispiel von Herrn Franke wird schnell klar, es herrscht andauernd ein Mangel an Zeit. 3D Layoutplanung klingt dann oft wie Zukunftsmusik für die Beteiligten. Nun hat ihn aber doch sein Geschäftsführer gebeten den geplanten Umzug einfach und verständlich in 3D für einen Investor vorzustellen. Es gibt ein neues Planungsziel. Sofort fragt er sich:

Woher bekomme ich schnell 3D-Modelle?

Schauen Sie an dieser Stelle zuerst in bestehenden Softwarebibliotheken nach passenden Modellen. Beispielsweise bietet visTABLE®touch eine erweiterbare Modellbibliothek mit ca. 1.500 3D-Modellen. Darin enthalten sind u. a. Module und Baukästen aus den Bereichen Fertigung, Montage, Lager, SMT oder Symbole. Visualisieren Sie mit den veränderbaren Modellen Konzepte in Ihrem Fabrikmodell.

Beispiel für 3D Modellbibliothek Fertigung in der Software visTABLE®touch
Beispiel für 3D-Planungsmodelle in Modellbibliothek für die Fertigung

Sollten Sie doch keine passenden Modelle finden, setzen Sie Platzhalter in Form von einfachen Blöcken ein. Später ersetzen Sie diese durch konkrete CAD-Daten. Hier drei Tipps wie Sie an die gewünschten 3D-Daten kommen:

  • Ausrüstung und Gebäude werden auch von Dienstleistern digitalisiert. Hier gibt es verschiedenste Möglichkeiten, von der 3D-Rekonstruktion auf Basis von Zeichnungen bis hin zum Laser Scanning. Das ist mit Kosten verbunden. Es kann sich aber für Sie lohnen, wenn daraus Standardkataloge mit einer Standzeit von mehreren Jahren geschaffen werden.
  • Anlagenhersteller verfügen über digitale Produktdaten in 2D und 3D. Schon bei Kauf einer Maschine sollten Sie darauf achten das neben technischer Dokumentation auch ein 3D-Modell im Pflichtenheft angegeben wird. Dieses setzen Sie dann später in der Planung ein.
  • Frei verfügbare CAD-Bibliotheken im Internet helfen manchmal auch schon weiter. Beachten Sie dabei aber die Nutzungsrechte und die heterogene Datenqualität durch verschiedenste Autoren. Anbieter übernehmen i. d. R. keine Verantwortung für die Qualität.

Im Ergebnis erhalten Sie ein 3D-Modellbibliothek mit genauerer Abbildung Ihrer Ausrüstungen und Gebäude. Für Herr Franke als Beispiel, ist damit der Weg zur 3D Layoutplanung geebnet.

Schritt für Schritt zum fertigen 3D-Layout

Das oben erwähnte Masterlayout wird bei Bedarf bereichsweise in ein 3D-Layout überführt. Die Erweiterung erfolgt wahlweise flexibel durch verschiedene Personen, die häufig aus dem Bereich kontinuierliche Verbesserung kommen. Dem KAIZEN-Gedanken folgend lassen sich so auch kleinteilige Verbesserungsansätze für die Layoutplanung nutzen.

3D-Ansicht Montage in einem Fabriklayout in der Software visTABLE®touch
Beispiel 3D Layout aus der Software visTABLE®touch

Im Ergebnis entstehen einzelne, digitale Fabrikmodule. Diese werden separat auch in Varianten verwendet. Die Vorzugsvariante wird frei gegeben und als fixes Objekt weiter genutzt. Sie repräsentiert dann den Fertigungsbereich im bislang flachen Masterlayout. So entsteht und lebt die digitale Fabrik. Das ist vergleichbar mit einem 3D Puzzle. So profitieren auch kleinere Unternehmen von den Vorteilen einer 3D Layoutplanung. Bestimmte Planungsziele werden so überhaupt erst erreichbar.

Ist 3D deshalb ein Muss?

Nein, aber es erweitert die Möglichkeiten bei Bedarf.

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