Um eine hohe Effizienz der Fabrikplanung zu gewährleisten, müssen Fabriklayouts mit niedrigem
Aufwand bei gleichzeitig bester Qualität erstellt werden. Hierfür sind Fabrikplanungsprogramme
erforderlich, die über einen hohen Funktionsumfang verfügen, von Fachleuten verschiedener
Disziplinen leicht bedient werden können und gleichzeitig einen möglichst geringen Aufwand in
der Erstellung der Layouts erfordern. Die mittlerweile etablierte Technik von VR mit ihren sehr
präzisen Eingabegeräten eröffnet diesbezüglich weitgehende gestalterische Potenziale, die
Benutzer in die Lage versetzt, auf natürliche Art eigene Ideen umzusetzen. Ziel der Arbeit ist es,
eine durchgängige virtuelle Layoutplanung zu realisieren. Dazu wird zunächst der dafür notwendige
Forschungs- und Entwicklungsbedarf identifiziert. Benötigt werden Konzepte für die
übergeordneten Anforderungen: Informationsbereitstellung, Übersichtlichkeit und Interaktion,
sowie für funktionelle und konzeptionelle Anforderungen zur Gestaltung von Layouts in und mit
der VR. Zur Erfüllung dieser Anforderungen wird eine virtuelle Planungsumgebung entwickelt und
prototypisch umgesetzt. Zentrales Element dieser Umgebung ist ein virtueller Planungstisch, der
jede Planungsebene darstellen kann. Dieser vermittelt den vollständigen Überblick über die
Planungsszene und dient der Platzierung von Objekten. Dem Benutzer ist es somit möglich, auf fast
natürliche Art und Weise Objekte in einem digitalen Layout zu platzieren. Die so gestalteten
Layouts lassen sich gleichzeitig auch in Originalgröße virtuell betreten und dort weiter im Detail
bearbeiten. Dadurch entfallen bisher verwendete analoge Verfahren wie Probeaufbauten aus Holz
und Pappe. Da sich Objekte in der VR aus Bauteilbibliotheken entnehmen und in beliebiger Anzahl
reproduzieren lassen, entfallen Zeit und Kosten für den Bau analoger Modelle. Weiterhin lässt sich
jederzeit auf bisherige Bestandsdaten oder Planungen zurückgreifen. Diese können realitätsnah in
VR sofort weiterbearbeitet werden. Konzepte zur partizipativen Planung ermöglichen es Benutzern
innerhalb der virtuellen Welt zusammenzukommen und gemeinsam ein Fabriklayout zu gestalten.
Dabei sind sie ortsunabhängig, d.h. sie können sich sowohl im selben Raum, als auch weltweit an
jedem anderen Ort befinden. Die Materialflusssimulation ermöglicht die simulative Absicherung
von Maschinenanordnungen. Sie wird bisher entweder im Vorfeld einer Planungssitzung oder
danach durchgeführt. Eine bidirektionale Kopplung zur virtuellen Planungsumgebung ermöglicht
sowohl den automatischen Aufbau von Simulationsmodellen in der VR als auch die Rückführung
von Layoutänderungen in das Materialflusssimulationsprogramm während der VR-Planungssitzungen. Dies spart gegenüber einer manuellen Übertragung Zeit und garantiert eine
fehlerfreie Ausgangsbasis von VR-Planungssitzungen. Dies bedeutet, dass die simulative
Absicherung von Layoutvarianten auch während einer Planungssitzung durchgeführt werden kann.
Eine Visualisierung von Materialflusszusammenhängen innerhalb der VR liefert dem Planer die
notwendigen Informationen über die Bearbeitungsreihenfolgen von Werkstücken. Die Berechnung
kürzester Wege zwischen Bearbeitungsstationen bietet darüber hinaus die Möglichkeit, Layouts zu
optimieren, Engpässe zu identifizieren und diese aufzulösen.
Durch eine prototypische Systementwicklung konnte gezeigt werden, dass eine Gestaltung von
Fabriklayouts über alle Planungsebenen hinweg in und mit VR realisierbar ist. Mit diesem Prototyp
wurden verschiedene Anwendertests sowohl im Labor, als auch anhand eines realen Praxisbeispiels
durchgeführt. Basierend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurde die Gesamtmethodik
schrittweise optimiert und weiterentwickelt.
Mit der Entwicklung der Gesamtmethodik Fabrikplanung 5.0 wurde nachgewiesen, dass die
durchgängige digitale Layoutplanung in und mit der VR den Planungsprozess entscheidend
verbessern, vereinfachen und beschleunigen kann.To ensure a high efficiency in factory planning, factory layouts must be created with low expense
while maintaining the best quality. This requires factory planning programs that have a high range
of functions, can be easily operated by specialists from different disciplines, and at the same time
require as little effort as possible in creating the layouts. The now established technology of VR
with its very precise input devices opens up extensive design potential in this respect, enabling users
to implement their own ideas in a natural way. The goal of this work is to realize a consistent virtual
layout planning. To this end, the necessary research and development requirements are first
identified. Concepts for the superordinate requirements are needed: Information provision, clarity
and interaction, as well as for functional and conceptual requirements for the design of layouts in
and with VR. To fulfill these requirements, a virtual planning environment will be developed and
prototypically implemented. The central element of this environment is a virtual planning table that
can represent each planning level. This provides a complete overview of the planning scene and is
used to place objects. The user is thus able to place objects in a digital layout in an almost natural
way. At the same time, the layouts designed in this way can also be virtually entered in their original
size and further processed in detail there. This eliminates the need for previously used analog
methods such as test constructions made of wood and cardboard. Since objects in VR can be taken
from component libraries and reproduced in any number, the time and cost of building analog
models is eliminated. Furthermore, previous inventory data or planning can be accessed at any time.
These can be immediately processed in VR in a realistic manner. Concepts for participatory
planning enable users to come together within the virtual world and jointly design a factory layout.
In doing so, they are location-independent, meaning they can be in the same room as well as
anywhere else in the world. Material flow simulation enables the simulative validation of machine
layouts. Until now, it has been carried out either in advance of a planning session or afterwards. A
bidirectional coupling to the virtual planning environment enables both the automatic building of
simulation models in VR and the feedback of layout changes into the material flow simulation
program during VR planning sessions. This saves time compared to manual transfer and guarantees
an error-free starting point of VR planning sessions. This means that the simulative validation of
layout variants can also be performed during a planning session.
A visualization of material flow correlations within VR provides the planner with the necessary
information about the machining sequences of workpieces. The calculation of shortest paths
between processing stations also offers the possibility of optimizing layouts, identifying bottlenecks
and resolving them.
Through a prototypical system development it could be shown that a design of factory layouts across
all planning levels can be realized in and with VR. With this prototype, various user tests were
carried out both in the laboratory and on the basis of a real practical example. Based on the
knowledge gained from these tests, the overall methodology was gradually optimized and further
developed.
With the development of the overall methodology Factory Planning 5.0, it was proven that
consistent digital layout planning in and with VR can decisively improve, simplify and accelerate
the planning process
