Revolutionierung von Smart Factories durch die Erfassung der Realität

Autor: Renata Barradas Gutiérrez

Produktivität und Nachhaltigkeit sind die Triebfedern für den Wunsch nach Konnektivität und Integration von Technologien in die Fertigungsprozesse. Diese Integration, als Smart Factory bekannt, schafft automatisierte und vernetzte Fabriken und erhöht so Produktivität und Wert in der gesamten Lieferkette.

In autonomen vernetzten Ökosystemen werden Daten nahtlos zusammengeführt. Die physische und die digitale Welt verschmelzen, und aussagekräftige Daten bilden die Grundlage sämtlicher Prozesse. Smart Factories lernen und passen sich in Echtzeit an veränderte Bedingungen an, um sich der perfekten Qualität durch optimiertes Design, geringere Benutzereingriffe und die Vermeidung von Ausschuss anzunähern.

Digitale Kopien der physischen Welt bilden eines der Schlüsselelemente einer Smart Factory. Zum autonomen, dezentralisierten Management und Monitoring realer Prozesse müssen zahlreiche Technologien innerhalb von Kopien der physischen Welt aufeinander abgestimmt werden.

Abbildung der physischen Welt zu Automatisierungszwecken

Elettric80, ein auf die Implementierung flexibler und modularer Lösungen für die integrierte Automatisierung spezialisierter Anbieter, zu dessen Kunden vorwiegend Hersteller von Konsumgütern mit großen Stückzahlen gehören, erfasst die Realität in 3D, um moderne automatisierte Lager zu planen. Das italienische Unternehmen hat weltweit bereits über 2.000 automatische Systeme installiert und sich als einer der Marktführer für integrierte Automatisierungslösungen einen Namen gemacht.

„Die Anwendung von 3D-Laserscanning entwickelt sich in all unseren Anlagen zum Standard. Durch die Digitalisierung der Umgebung können wir unser System weiterentwickeln und virtuell nutzen, um Probleme vorweg zu nehmen, die aus der Integration mit dem vorhandenen Umfeld entstehen können“, erklärt Vittorio Cavirani, der Geschäftsführer von Elettric80.

Für die Planung und den Bau effektiver und sicherer Fabriken, die sich an den Bedürfnissen der Hersteller orientieren, digitalisieren die Experten von Elettric80 jede Anlage im Vorfeld. Dazu werden Laserscanner und eine Totalstation von Leica Geosystems kombiniert, um verschiedene Datenprodukte (darunter 2D-Grundrisse, 3D-Polygonnetze und -Modelle) zu generieren, die folgenden Zwecken dienen:

• Überprüfung des Anlagengrundrisses
• Planung und Optimierung von Wegen und Sicherheitszonen für fahrerlose Transportfahrzeuge basierend auf der verfügbaren Fläche mit Blick auf die Vermeidung von Fahrzeugkollisionen
• Platzierung von Roboterzellen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Freiflächen
• Automatische Extraktion von Übergabestationen (Punkten, an denen die Transportfahrzeuge Tätigkeiten durchführen, z. B. Auf- und Abladen von Paletten)
• Virtueller Einsatz durch Bewegung der Fahrzeuge in den digitalen Modellen
• Umfassende Inspektion der Bodenqualität

„Die Planung moderner automatisierter Lager ist eine komplexe Aufgabe, die detaillierte und genaue Modelle von Industriegebäuden erfordert. Der übliche Ansatz zur Aktualisierung vorliegender 2D-Grundrisse ist die Durchführung von Vermessungen mit einfachen Mitteln (wie Laser-Distanzmessgeräten oder Totalstationen). Obwohl diese Systeme sehr genaue Punkt-zu-Punkt-Messungen liefern, sind die verfügbaren Datenmengen meist nicht ausreichend, was zu unverhältnismäßigen Kosten und Verzögerungen führt“, weiß Mikhail Giorgini, der Leiter des Forschungsprojekts von Elettric80. „Deshalb hat sich Elettric80 entschlossen, den mit herkömmlichen Messverfahren verbundenen Einschränkungen durch den Einsatz von terrestrischer 3D-Laserscanning-Technologie zu begegnen. Dank dieser Vorgehensweise kann die Inbetriebnahme der Anlage dann einfach und ohne großes Risiko erfolgen.“

Die Grundlage für die Automatisierung

Automatisierte Lager erfordern fahrerlose Transportfahrzeuge, die sich entlang vordefinierter Wege bewegen, sowie fixe Roboterzellen. Zur Automatisierung von Palettierrobotern, lasergesteuerten Transportfahrzeugen, Hochgeschwindigkeits-Roboter-Stretchwicklern, Palettenkontrollsystemen, RoboterEtikettiermaschinen, Verpackungs- und Ettiketiersystemen usw. benötigen die Planer ein umfassendes Verständnis vom Bestand und aussagekräftige Modelle der Realität.

„Zur Planung automatisierter Lager haben wir einen neuen Workflow eingeführt, der sich vom herkömmlichen durch eine 3D-Vermessung unterscheidet, die terrestrische Laserscanner mit einer Totalstation kombiniert. Anschließend wurden unter Verwendung innovativer Algorithmen für die Punktwolkenverarbeitung im großen Stil hochwertige Umgebungsinformationen extrahiert“, erläutert Giorgini den Vorgang.

Die von Elettric80 genutzte Lösung zur Erfassung der Realität besteht aus den folgenden Komponenten:

• Leica Nova TS60-Totalstation
• Leica ScanStation P30-Laserscanner
• Leica RTC360-3D-Laserscanner
• Leica BLK360-Laserscanner
• Leica Cyclone REGISTER-Bürosoftware zur Punktwolkenregistrierung

Der RTC360 und die P30 werden für großvolumige 3D-Messungen eingesetzt, während eine TS60 zur Vermessung von Festpunkten dient. Der BLK360 wird für Messungen im Vorfeld verwendet. Das Team registriert die Scandaten in Cyclone REGISTER und reimportiert sie in die proprietäre Software von Elettric80.

Weil das Unternehmen enorme Datenmengen verarbeiten muss, hat es sich aufgrund der hohen Präzision, Zuverlässigkeit und des weltweiten Supports für Produkte von Leica Geosystems entschieden. „Leica Geosystems bietet uns sowohl in puncto Präzision als auch in Bezug auf die Zuverlässigkeit der Datenerfassung eine Lösung auf dem neuesten technischen Stand. Bei Problemen haben wir immer Unterstützung bekommen und es geschafft, die jeweilige Aufgabe zu lösen, selbst wenn der Druck groß war“, lässt Fabio Oleari, der Leiter des Forschungsteams von Elettric80, die Vergangenheit Revue passieren.

Gemeinsame Ziele: Voraussetzungen schaffen für eine autonome Zukunft

Die zunehmend vernetztere und autonomere Gestaltung von urbanen und Produktionsökosystemen ist ein Ziel, das Hexagon und Elettric80 eint.

Vollständige 3D-Modelle von Lagern helfen Elettric80 bei der Steigerung der betrieblichen Effizienz durch die Optimierung von Planung, Produktionsabläufen, Wartungsmanagement und Maschinenpositionierung. Infolge der Integration der Erfassung der Realität in ihre Prozesse kennen die Experten die Verhältnisse genau, ohne vor Ort sein zu müssen, was ihnen einen Wettbewerbsvorteil verschafft.

„Wir werden auch zukünftig in 3D-Vermessungslösungen investieren, um den Inbetriebnahmeaufwand unserer maßgeschneiderten Lösungen weiter zu verringern“, kündigt Domenico Di Terlizzi als Forschungsleiter bei Elettric80 an. „Die Vorteile bei diesem Projekt waren disruptiv und haben die Arbeitsweise von Elettric80 drastisch verändert.“