Fabrikplanung / Inbetriebnahme

Daniel Bierwirth, Sven Kägebein, Timur Simsek | Günter Herkommer,

Das digitale Baustellen-Management

Aufbau und Anlauf von Produktionsanlagen werden zunehmend komplexer. Eine Projekt-Koordination mittels Tabellenkalkulation und Handzetteln ist hier nicht mehr zeitgemäß. Eine deutliche Vereinfachung bei geringerer Fehleranfälligkeit verspricht ein neuer Ansatz, der Projektplan-Informationen mit den CAD-Daten in einem Layout-basierten Managementsystem zusammenführt.

© Inpro

Moderne Produktionsanlagen sind durch aufeinander abgestimmte hochkomplexe Prozesse gekennzeichnet. Die Koordination der Aufbau- und Anlaufprozesse verursacht durch die Vielzahl von Projektbeteiligten häufig enormen Aufwand. Des Weiteren ist die Planung zeitintensiver Bauprojekte mit erheblichen Risiken verbunden. In der Folge werden die Bauaufträge der OEMs oft so ausgelegt, dass die Verantwortung für die Einhaltung des Terminplans und des Kostenrahmens beim Anlagenbauer liegt.

Klassische Konzepte des Baustellenmanagements mit Tabellenkalkulation und Handzetteln haben den Nachteil, dass die Planungsdaten und die Informationen über aktuelle Aktivitäten nicht interaktiv und kontextbezogen analysiert werden können. Zudem ist dieses Vorgehen sehr zeitintensiv und führt häufig zu einer fehlerhaften und nicht dem aktuellen Stand entsprechenden Dokumentationen. Die Gründe hierfür sind vielfältig:

  • Eine Vielzahl verschiedener Ansprech­partner ist in den Prozess einzubeziehen.
  • Zeitnahe Status-Erfassungen auf der Baustelle sind oft nicht möglich.
  • Verspätete Rückmeldung von Termin­plan-Änderungen sind in die aktuelle Planung zu integrieren.

In der Konsequenz werden Risiken erst spät und oft nicht vollständig erkannt, was zu einem eingeschränkten Handlungsspielraum für Gegenmaßnahmen führt.

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Anlagenaufbau heute und morgen: Klassische Methoden mit Tabellenkalkulation und Handzetteln werden durch ein layoutbasiertes Managementsystem ersetzt.

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Vor diesem Hintergrund ist der neue Ansatz eines digitalen Baustellenmanage­ments entstanden, mit dem Ziel, kom­plexe Prozesse über den gesamten Projektverlauf zu vereinheitlichen und damit letztlich zu vereinfachen. Mit anderen Worten: Mögliche Risiken sollen durch bessere Kommunikation und Abstimmung zwischen dem Anlagenbetreiber, dem Generalunternehmer und den Sublieferanten minimiert werden. Hierzu trägt unter anderem bei, dass der ortsbasierte Zugriff durch mobile Geräte – wie er im vorgestellten Konzept vorgesehen ist – die Möglichkeit bietet, den Baufortschritt auf intuitive Weise zu erfassen, aktuelle Aufgaben einzusehen sowie Ausführungsmängel zu dokumentieren und deren Behebung zu verfolgen.

Die Grundidee hinter dem neuen Konzept ist die bidirektionale Verknüpfung des Projektplans mit dem technischen Anlagenlayout, sprich dem CAD-Modell. Dies erlaubt die grafische Visualisierung des Anlagenaufbaus und die interaktive Anzeige des aktuellen Baufortschritt und des Projektstatus in einer layoutbezogenen Darstellung. Gemeldete Mängel lassen sich so vom System automatisch an die verantwortlichen Projektmitarbeiter weiterleiten. Eventuelle Probleme werden früher erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen können rechtzeitig eingeleitet werden. Da alle beteiligten Personen in Echtzeit über den aktuellen Status informiert sind und damit die Lücke zwischen Projektmanagementebene und Baustellen-Controlling geschlossen wird, lassen sich zudem die Aufwände für das Fortschritts-Tracking, die Baustellen-Dokumentation und das Statusreporting signifikant reduzieren.

Die technische Basis für die Software-basierte Lösung sind stationäre Client-Anwendungen, Anwendungen für mobile Endgeräte sowie eine kontextbezogene Zugangsverwaltung für die einzelnen Anwender. Alle im System verarbeiteten und angezeigten Informationen werden entsprechend der Anwenderrollen und der aktuellen Aufgaben vorgefiltert, so dass jeder Nutzer nur die Informationen erhält, die für seine jeweilige Aufgabe von Interesse sind. So werden beispielsweise in der Layout-Darstellung an den CAD-Objekten, die aus dem Anlagen-Engineering stammen, aggregierte Informationen zum Bau- beziehungsweise Integrationsfortschritt angezeigt. Weiterhin werden nichtsichtbare Zusammenhänge zwischen den Datensätzen ermittelt und dem Nutzer aufgezeigt. Mit einem integrierten Zeitschieber lassen sich diese Informationen im Layout zusätzlich nach aktuellen oder zukünftigen Aufgaben filtern und anzeigen. Darüber hinaus ist eine Analyse der bereits abgearbeiteten Aufgaben und in der Vergangenheit aufgetretenen Ausführungsmängel möglich.

Flexibel skalierbar

Die modulare Architektur des Systems ermöglicht eine flexible Skalierung von einer Single-User-Anwendung bis zu einer kompletten Client-Server-Infrastruktur, mit der besagte mobile Endgeräte zur ortsbasierten Baustellendokumentation einsetzbar sind. Die Basis bildet ein Expertensystem, dass primär zur Projekt-Initialisierung und zur Administration genutzt wird. Anwender können die Desktop-Anwendung aber auch zur Fortschrittsdokumentation und zum Generieren von Statusberichten nutzen.

Ein mögliches Einsatzfeld für das digitale Baustellen-Management sind Anlagen-Aufbau-Projekte im Bereich des Automobilrohbaus. Im Bild dargestellt ist beispielhaft ein Expertensystem mit Mengengerüst, Layoutdarstellung und Meldungsfenster.

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Für die Projekt-Initialisierung und Synchronisation im Projektverlauf erfolgt der Datenaustauch mit den Projektplanwerkzeugen MS Project, Primavera, RPlan oder Excel. Die grafischen Informationen sind von verschiedenen CAD-Werkzeugen – darunter MicroStation, Process­Designer, sowie AutoCAD – importierbar. Ein spezieller Algorithmus auf Basis von AutomationML ermöglicht ferner eine automatische Verknüpfung zwischen den grafischen Anlagen-Informa-tionen und den Terminplan-Daten.

Durch die Anbindung mehrerer Desktop-Anwendungen an ein serverbasiertes Kommunikationssystem können Nutzer letztlich gemeinsam an einem digitalen Anlagenbau-Projekt arbeiten. Und Projekt-Administratoren können über diese Plattform externe und interne Partner durch flexible Rollenvergabe einbinden – sowohl innerhalb des Systems als auch über externe Kommunikationskanäle. Das System leitet aus den zugewiesenen Nutzerrechten individuelle Sichten auf das Anlagenlayout ab. Dadurch werden den Anwendern nur vorausgewählte kontextbezogene Informationen angezeigt, während andere Layoutdaten und projektbezogene Aktivitäten nicht sichtbar sind.

Über eine iPad-Anwendung mit Anlagenlayout und Statusfenster (links) sowie die annotierte Anlagendokumentation (rechts) ist ein einfacher Datenzugriff möglich.

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Die mobilen Client-Anwendungen wurden speziell für das einfache Setzen von Fortschrittsmeldungen und den intui­tiven Zugriff auf aktuelle Aufgaben entwickelt. Ausführungsmängel sind dabei in der Anwendung mit Fotos und grafischen Annotationen dokumentierbar und stehen so zur Fehleranalyse und Behebung im System zur Verfügung. Alle eingetragenen Informationen werden mit den Objekten im Layout verknüpft und in Echtzeit im System weiterverarbeitet.

Im Detail basiert das System auf verschiedenen Software-Technologien. Serverseitig wurde auf ein minimal konfiguriertes Linux-System zurückgegriffen, das mit Hilfe von in Java implementierten Webservices und verschiedenen möglichen Datenbank-Anbindungen (Oracle, PSQL, MySQL etc.) via Hibernate den Backbone realisiert. Das Expertensystem ist hauptsächlich auf .Net-Basis umgesetzt (C#), wobei der Zugriff auf die Grafikkarte zum Rendern des Layouts via OpenGL realisiert ist.

Beispiel für die aktuell abgebildeten Umfänge innerhalb der Software: Pilotprojekt einer Karosserie-Rohbau-Anlage mit zirka 30 Anlagenbereichen (a), 170 Stationen (b) und 2100 Anlagenkomponenten (c).

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Die mobilen Anwendungen sind sowohl auf iOS-, Android- oder Windows-Systemen einsetzbar. Dabei erfolgt die Entwicklung mit Hilfe von HTML5 und Javascript-Technologien. Aufgrund von sicherheitsrelevanten Daten und Authentifizierungsmechanismen gegenüber dem Backbone wird die eigentliche Web-Anwendung in ein für das Zielsystem natives WebApp-Gerüst eingebettet. Dies ermöglicht auch den Zugriff auf hardwareseitige Funktionen des mobilen Endgerätes.

Das vorgestellte System zum Digitalen Baustellen-Management ist gegenwärtig bei mehreren Industriepartnern in Pilotprojekten, so auch beim Ideengeber ThyssenKrupp System Engineering, im Einsatz. Aktuell werden dabei Umfänge von bis zu 2.500 Baustellen-Objekten und etwa 20.000 Terminvorgängen koordiniert. Geplant ist, in zukünftigen Ausbaustufen des Systems weitere Funktionen bezüglich kollaborativer Aspekte und neuer MMI-Technologien zu integrieren sowie das System ähnlichen Anwendungsfällen – wie beispielsweise der Bauindustrie – anzupassen.

Autoren: Daniel Bierwirth ist als Software-Ingenieur bei Inpro im Bereich Produktionssysteme und Informationsprozesse tätig, Sven Kägebein arbeitet als Entwicklungsingenieur bei Inpro im Bereich Produktionssysteme und Informationsprozesse und Timur Simsek ist bei Inpro zuständig für Konzeption und Entwicklung von Software und Demonstratoren.

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