Anlagen virtuell planen, umbauen und warten

Forschung Kompakt / 1.6.2012

Verfahrenstechnische Anlagen haben eine Lebensdauer von 30 bis 50 Jahren. Während dieser Zeit werden sie immer wieder umgebaut. Virtual-Reality-Software vereinfacht das Planen und Testen der Umbauten und hilft, den Überblick zu behalten. Fraunhofer-Forscher und BASF entwickeln gemeinsam VR-Lösungen für den Anlagenlebenszyklus.

Bild: VDTC
© Foto Dirk Mahler

Im Elbe Dom des Virtual Development and Training Centre VDTC am IFF findet das Design Review am Planungsmodell der BASF-Fabrik statt. In der 360-Grad-Projektion lassen sich alle Details der Anlage genauestens diskutieren.

Mit mehr als 110 000 Beschäftigten ist die BASF der weltweit größte Chemiekonzern. Am Hauptsitz in Ludwigshafen betreibt das Unternehmen heute über 160 Produktionsbetriebe, zwei Steamcracker, zwei Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke und eine Kläranlage. Informationen und Daten über alle Anlagen auf dem Gelände sollen für Plaungsingenieure, Verfahrenstechniker, Montagekoordinatoren, Sicherheitsfachkräfte und Assetmanager mithilfe virtueller Technologien digital verfügbar werden. Das virtuelle Abbild der Anlage offenbart jede mögliche Ansicht: ob in Bild oder Zahl, in Zeichnung oder Simulation. Neue Anlagen oder Anlagenerweiterungen und -umbauten lassen sich damit schneller und besser planen und umsetzen.

Ein wesentlicher Bestandteil dieses Planungsprozesses sind Design Reviews – bei einem Design Review am virtuellen Modell sind alle Bauteile mit den dazugehörigen Informationen realitätsgetreu abgebildet. Durch die räumliche Darstellung werden verdeckte Bauteile oder hintereinander stehende Komponenten leicht sichtbar. »Das Design Review für den Umbau einer verfahrenstechnischen Anlage haben wir gemeinsam mit den BASF-Experten durchgeführt«, sagt Sabine Szyler, Virtual-Reality-Spezialistin am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF. »Die Platzverhältnisse in der Anlage lassen sich jetzt viel leichter erfassen. Was hier so selbstverständlich klingt, bedeuted in Wirklichkeit einen riesengroßen Sprung für die Wahrnehmung.«

Originalgetreue 360-Grad-Projektion

Das Design Review fand im Elbe Dom des Virtual Development and Training Centre VDTC am IFF in Magdeburg statt. »Schließlich ermöglicht die 360-Grad-Projektionsfläche mit einer Höhe von sechs Metern eine fast originalgetreue Projektion einer Anlagenetage. Der Betrachter hat dadurch das Gefühl, direkt in der Fabrik zu stehen«, erklärt die Forscherin. Die dreidimensionalen Daten aus den BASF-Planungstools inklusive der Metadaten der einzelnen Anlagenkomponenten wurden dazu in eine spezielle Virtual-Reality-Software – die »Virtual Development and Training-Plattform« – der IFF-Forscher überführt. Anlagenbetreiber, Anlagenplaner und ihre Kollegen, also Rohrleitungsbauer, Verantwortliche für Maschinen und Apparate, Stahlbauer oder Sicherheitsbeauftragte konnten die im virtuellen Modell originalgetreu wiedergegebenen Anlagendetails in voller Größe betrachten und viele Fragen klären: Sind alle Bedienelemente gut erreichbar? Sind im Falle einer Revision die Sicherheitsventile gut bedienbar? »Wir sind von dem Design Review mit Virtual Reality so überzeugt, dass wir in Ludwigshafen zwei VR-Stationen eingerichtet haben. Das erlaubt es unseren Planungsteams vor Ort jederzeit Design Reviews weiterer Anlagen vorzunehmen«, sagt Axel Franke, Senior Engineering Manager bei BASF.

Nach einem Umbau verhält sich eine Anlage anders als im vorhergehenden Betriebszustand. Fehlbedienungen würden im schlimmsten Fall den gesamten Anlagenbetrieb lahm legen. Daher haben im Chemieanlagenbau kontinuierliche Sicherheitsschulungen oberste Priorität. In Ludwigshafen setzt man bereits eine virtuell-interaktive Lernumgebung für das Training ein. Für den Umbau einer Anlage zur Gewinnung von Salpetersäure konzipierten die Fraunhofer-Experten ein Szenario, bei dem die Betriebsmannschaft schon vor Inbetriebnahme die Anlage virtuell begehen und kennenlernen konnte. Das heißt, die Forscher bauten direkt in der Messwarte eine mobile VR-Trainingsstation auf. Im Trainingsmodul ist das komplette 3D-Modell der Anlage dargestellt. Sämtliche Metadaten wie Apparatenummer, Temperatur, Druck und Medium sowie Schulungsunterlagen sind sichtbar. Die Mitarbeiter konnten sich mit der neuen Funktionsweise vertraut machen, veränderte Zugangswege erkennen und neue Sicherheitsvorschriften kennenlernen.

Ohne virtuelle Technologien wird sich zukünftig kein Anlagenbauer auf dem internationalen Parkett bewegen. Darin sind sich BASF- und Fraunhofer-Experten einig. Um die Spitzenposition unter den Chemieanlagenbetreibern zu halten, wird BASF in Zukunft am verstärkten Einsatz virtueller Technologien arbeiten. Konzeptionelle Unterstützung kommt dabei weiterhin vom IFF.