So sparen Unternehmen mittels 3D-Scan bei der Anlagenplanung Zeit und Geld

Gamechanger in der Anlagenplanung So sparen Unternehmen mittels 3D-Scan bei der Anlagenplanung Zeit und Geld

24.03.2020 | Autor / Redakteur: Alexander Ullrich / Sabine Mühlenkamp

Die aktuell eher angespannte Marktsituation stellt das detaillierte Planen von Investitionen speziell bei Großprojekten immer mehr in den Fokus. Effiziente Planungsmethoden sparen nicht nur Zeit, sondern vor allem auch viel Geld.

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AZO GmbH + Co. KG

NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH

Hier ein Vergleich zwischen Infrarotscan- (links unten) und Laserscan-Aufnahme des hauseigenen Technikums (rechts oben).
(Bild: Azo )

Unabhängig davon, ob es sich um den Zuschuss für Brownfield-Projekte handelt, bei denen die gegebenen Ressourcen optimal genutzt werden sollen oder um das Gesamtbudget für ein Greenfield-Projekt: In jedem Fall sind immer häufiger detaillierte Konzeptausarbeitungen notwendig. Auch die Entscheider verlangen nach einer solchen Vorlage, um die Projekte hinsichtlich ihrer Machbar- und Wirtschaftlichkeit schon in der frühen Konzeptphase besser beurteilen zu können.

Dieser vorangehende Projektschritt setzt allerdings voraus, dass die benötigten Daten, Parameter und externe Einflussfaktoren vorliegen bzw. diese müssen erst einmal ausgearbeitet werden. Dabei handelt es sich u.a. um die Raumgrößen, den verfügbaren Platz, den bereits umbauten Raum oder die genaue Verortung der bestehenden Anlage.

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Aus den Scan-Daten lässt sich ein CAD-Bild erstellen.

Es ist kaum noch ein Unterschied zwischen der Realität und ...

...dem Scan zu sehen – hier im Vergleich der Mixomat.

Speziell in der Layoutplanung für neue Anlagen und bei Bestandsaufnahme der vorhandenen Anlagen, Gebäuden usw. spielt dies immer wieder eine große Rolle. Oft sind diese Daten entweder begrenzt oder nur analog vorhanden und müssen für die digitale Planung aufbereitet werden. Außerdem sind in alten Daten die baulichen Veränderungen und Maßnahmen der Anlage oder des Gebäudes möglicherweise fehlerhaft oder unvollständig. Somit werden händische Überprüfungen von Maßen, manuelle Datenaufnahme und deren Aufbereitung notwendig.

Des Weiteren birgt eine manuelle Erfassung die Gefahr, fehlerhaft und unvollständig zu sein und ist darüber hinaus äußerst zeitaufwändig und kostenintensiv. Dies stellt weder für den Anlagenbauer, noch für dessen Kunden eine vernünftige Basis für eine professionelle Planung von neuen Anlagen oder Erweiterungen dar.

3D-Scan setzt neue Maßstäbe

Somit rücken immer mehr neue Technologien in den Fokus, um diesen Mängeln in der Anlagenplanung entgegen zu treten. Ähnlich wie die digitale CAD-Planung das Reißbrett verdrängte, wird die Nutzung des 3D-Scans einen neuen Maßstab setzen. Ein weiterer, äußerst wichtiger Effekt beim Scannen eines Objektes ist, dass die Umgebung in diesem Zug mit erfasst wird und so diese Daten ebenfalls für zukünftige Projekte in anderen Anwendungsfeldern genutzt werden können.

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Unterstützung beim Pre-Engineering

Aufgrund der steigenden Komplexität in den Projekten bietet Azo, speziell in der vorgelagerten Planungsphase die notwendige Unterstützung, um benötigte Informationen und Grundlagendokumente (in Form von Konzeptstudien) auszuarbeiten. Hierzu wurde der Dienstleistungsbereich Azo e&s (Engineering & Services) zur Ausarbeitung gegründet.

Zugeschnitten auf die vorhandene (Brownfield) oder neu geplante (Greenfield) Anlagentechnik des Auftraggebers, werden vorgegebene Aufgaben bearbeitet. Rückverfolgbarkeit und Dokumentierbarkeit für den Kunden sind zu jedem Zeitpunkt gewährleistet.

Der Auslegungsprozess erfolgt, zusammen mit dem Kunden, unter besonderer Berücksichtigung aktueller Technologien und Informationen zu den betroffenen Anlagen, Rohstoffen sowie Prozessparametern.

Diese unabhängige Planungsdienstleistung kombiniert Anlagen-Know-how mit prozessnaher Layoutplanung und ermöglicht somit eine abgerundete Engineering- Phase, welche als optimale Basis für das weitere Vorgehen (Architektur, Budgetplanung) genutzt wird.

Schon früh beschloss man deshalb bei Azo, die Implementierung und Nutzung dieser neuen Technologie im Rahmen der Projektabwicklung. So wurden bereits 2015 erste Machbarkeitsstudien und Konzepte zur Umsetzung erarbeitet. Im Anschluss daran folgte ein Feldversuch mit einem Dienstleistungspartner, der diese Technik für Azo bei einem Kunden eingesetzt hat.

Ebenfalls in 2015 wurde mit der Gründung der Engineering & Services-Abteilung auch das notwendige personelle Know-how als fester Bestandteil der Serviceleistungen installiert.

Nach eingehenden Recherchen wurde mit der Erprobung von einer infrarotbasierenden Variante und einem lasergestützten 3D-Scan begonnen. Beide Systeme haben durch ihre unterschiedlichen Bildgebungsmethoden spezifische Vor- und Nachteile. Sowohl der Infrarot- als auch der Laserscan erstellen den digital erfassten Raum oder das Objekt in einer so genannten Punktewolke.

Je mehr Punkte vorhanden sind, desto genauer und detailreicher sind die gewonnenen Daten und Bilder – ähnlich der gesteigerten Punktedichte eines 4K-Fernsehers zu einem Röhrengerät. Bei der Erstellung dieser Punkte unterscheiden sich jedoch die beiden Systeme völlig voneinander. Während der Infrarotscan strukturiertes, flächengestreutes Licht aussendet und wie ein Radargerät nur die zurückgeworfenen Lichtstrahlen auswertet, vermisst der Laserscan Punkt für Punkt den Raum und wertet jeden ausgegebenen Laserstrahl aus. Daher ist der Infrarotscan zwar deutlich schneller, aber durch den Informationsverlust auch ungenauer als der Laserscan.

Punktgewinn mit Laserscan

Beide Verfahren benötigen vordefinierte Referenzpunkte, um alle Details des zu scannenden Objektes oder Raumes erfassen zu können. Dabei zeigte sich, dass sich das beim Laserscan erheblich einfacher gestaltet, da aufgrund der genaueren Daten die Referenzpunkte freier platziert werden können.

Nach ersten Feldversuchen bei Kunden und im eigenen Versuchszentrum für Rohstoff-Automation von Azo wurde dabei zudem festgestellt, dass die Daten aus dem Laserscanverfahren durch die größeren Datenmengen die gewonnenen Informationen effizienter und weniger fehleranfällig verarbeitet werden können.

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Nachgefragt bei Robin Siebig, Key User 3D-Laserscan und virtuelle Medien bei Azo

Erhöhung der Anlagensicherheit

Herr Siebig, seit wann setzen Sie die Laserscan-Technik ein?

Robin Siebig: Angefangen haben wir 2018 mit der Integration von Punktewolken als Planungsgrundlage. Diese wurde über einen extern geliehenen 3D-Laserscan, bei einem uns bekannten Kunden, zur Verfügung gestellt. Kurze Zeit später traf Azo die strategische Entscheidung, sich intensiver mit dieser Thematik zu beschäftigen, was zur Folge hatte, dass man sich einen eignen Scanner anschaffte, um die komplette Wertschöpfungskette abzudecken und weitere Erfahrung sammeln zu können. Bereits in diesem Jahr wurden mehrere Scans für die Anlagenplanung sinnvoll und planungssicher verwendet.

Wie groß ist die Zeitersparnis im Vergleich zum analogen Verfahren?

Siebig: Der direkte Vergleich zwischen 3D-Laserscan und einem analogen Messverfahren ist nicht ganz einfach, da mit dem Scan selbst eine gehaltvollere Aufnahme realisiert werden kann als bei der analogen Datenerfassung. Einzelne Schritte, wie das Übertragen der manuellen Maßaufnahme in das CAD-Programm, entfallen jedoch. Im Gegenzug sind die detaillierten Aufnahmen bekannter und vor allem das Erkennen potenzieller Störkonturen bei der Anlagenplanung ein positiver Effekt. Durch diese Möglichkeit können bereits im Pre-Engineering Problematiken mit dem Kunden zusammen gelöst und die Anlagensicherheit gewährleistet werden.

Wie reagieren Ihre Kunden auf diese Technologie?

Siebig: Durch Themen im Rahmen der Digitalisierung und der steigenden Anforderungen an den Informationsgehalt von Planungsgrundlagen wird diese Thematik immer präsenter. Da auch oft unvollständige Planungs- und Anlagenunterlagen vorliegen, ermöglicht man hier dem Kunden eine Art Update. Daher erhalten wir von unseren Kunden häufig eine positive Resonanz, auch bezüglich der automatischen Generierung von Bildmaterialien. Dank der Freeware hat unser Kunde zudem die Möglichkeit, eigenständig durch seinen bestehenden Prozess zu springen und die Gegebenheiten selbst zu inspizieren.

Was verändert sich für den Kunden bei dieser Vorgehensweise?

Siebig: Der Kunde hat im Rahmen des sonst üblichen Projektgeschäfts keine grundlegenden Änderungen, jedoch positive und ergänzende Benefits. So sinkt der Aufwand bei der Datenerfassung. Zudem ergibt sich durch den Scan der Mehrwert einer erzeugten Punktewolke. Diese Vorgehensweise erlaubt einen weiteren Schritt in Richtung sichere Anlagenplanung. Um nur einige Punkte zu nennen: Störkonturen werden vermieden oder behoben, es ist eine komplette Integration ins bestehende Gebäude durch verschiedene Visualisierungstools möglich und die Anwender erhalten die Sicherheit, dass sie nicht irgendwann vor ungeplanten Montageproblemen stehen.

Beispielsweise sind die Messdaten bei Raumhöhen über drei Meter deutlich genauer. Dafür wird aber auch mindestens vier Minuten anstelle von 20 Sekunden für ein Bild benötigt, was sich bei mehreren benötigen Bildern schnell aufsummiert. Dennoch überwiegt bei der Komplexität der Anlagenplanung im Brownfield die Genauigkeit deutlich den zeitlichen Mehraufwand. Außerdem ist dieser zeitliche Aufwand immer noch geringer, als eine komplette, analoge Bilddokumentation.

Erhöhte Planungssicherheit

Durch die Nutzung des neuen Laserscanverfahrens minimiert sich auch das Risiko bei der Vermessung und Aufbereitung vorhandener Daten, diese unvollständig oder ungenau zu erfassen und gibt somit Planungssicherheit – bei Anlagenneubau, -erweiterung und -modernisierung.

Ein 3D-Scan erfasst dabei nahezu einen digitalen „As-Built“-Zustand des gescannten Objektes. Die Daten bilden eine übergreifende Basis für weitere Dokumentations-, Planungs- und Schulungszwecke, denn diese sind kompatibel mit weiteren Modellierung- und Visualisierungsprogrammen. Das ermöglicht sowohl virtuelle, mehrdimensionale Betrachtungen des gescannten Objektes als auch ganze Rundgänge durch die modellierte Anlage mithilfe einer VR-Brille. Die geplanten Veränderungen oder Erweiterungen als 3D-Modell können in dieses digitale Abbild ebenfalls eingefügt werden. Dies schafft Planungssicherheit und gleichzeitig eine fundierte Entscheidungshilfe für die geplante Realisierung, denn es bildet die optimale Veranschaulichung für Präsentationen oder auch Marketingzwecke. Schon vor der Konzeptionierung und Realisierung neuer Projekte schafft diese Technologie einen detaillierten Einblick in die Anlage der Zukunft. Azo bietet die Möglichkeit in verschiedenen, kundenindividuellen Engineeringsphasen, die notwendigen Unterlagen und Daten zu erstellen und aufzubereiten. Hierbei kombiniert das Osterburkener Unternehmen seine jahrelange Erfahrung in der Projektierung des Anlagenbaus im Bereich der Rohstoffautomation mit dieser zukunftsweisenden Technologie.