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                Virtual Reality im Anlagenbau
                Anwendungen, Nutzen, Technologien


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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision        Nutzen



    Anlagenbau
    Umfeld: Der Anlagenbau als technisches Geschäftsfeld hat die Realisierung
    technischer Anlagen zum Ziel. Der Anlagenbau umfasst dazu verschiedene
    technische Disziplinen:
     Verfahrenstechnik
     Energie-/Elektrotechnik
     Versorgungstechnik
     Produktionstechnik
     Anlagenplanung
     Maschinenbau
                                                                                                                                     Bild: VRMMP




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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision   Nutzen



    Phasen im Entwicklungsprozess [Quelle: Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Anlagenbau ]
    1.    Verfahrens- bzw. Prozessentwicklung in Labor und Technikum
          sowie einer Hochrechnung auf den industriellen Maßstab ("Scale-Up")
    2.    Ermittlung der administrativen, wirtschaftlichen
          und technischen Rahmenbedingungen sowie der Anforderungen
    3.    Machbarkeitsuntersuchung mit technischem und wirtschaftlichem Vergleich verschiedener Konzepte
    4.    Konzeptphase ([Vorplanung]), d.h. Auswahl des endgültigen Konzeptes
          und erste Schätzungen des technischen Anlagenumfanges
    5.    Ausarbeitung des technisch und wirtschaftlich vorteilhaftesten Konzeptes
          und Ermittlung aller erwarteten Kosten
    6.    Genehmigungplanung zur Beschaffung der notwendigen Genehmigungen
    7.    Detaillierte Auslegung und Beschreibung aller notwendigen Komponenten
          und Maßnahmen (Ausführungsplanung oder Detail Engineering)
    8.    Anfrage der beschriebenen (spezifizierten) Komponenten und Leistungen
    9.    Angebotsvergleich und Bestellung
    10.   Bau der Anlage
    11.   Inbetriebnahme der Anlage
    12.   Nachweis der vereinbarten Leistungen der Anlage (Stoff- & Energieumsatz, Qualität, Garantiedaten)
    13.   Übergabe der Anlage an den Betreiber


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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision               Nutzen



    Kostenfestlegung vs. Kostenentstehung
     Problematik verschärft mit Projektdauer und -komplexität




                                                                                                                  Beispiel [Quelle: Munroe & Associates]




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                                                                                                                                                    4
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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering      Bau & Retrofit        Inbetriebnahme            Betrieb   Revamp & Revision   Nutzen



    Produktlebenszyklus vs. Fabriklebenszyklus
     unterschiedliche Lebenszyklen
      erfordern Wandlungsfähigkeit
      der Produktionsmittel
      und integrative Planung




                                                    Bild:
                                                    Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb,
                                                    Universität Stuttgart


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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering Einsatz über alle Planungsschritte hinweg
                                                            Bau & Retrofit       Inbetriebnahme        Betrieb                      Revamp & Revision   Nutzen



    Virtual Reality im Anlagenbau: über alle Planungsschritte hinweg


                                                                                                                               Basic Engineering




                                                                                                        Grobe Prozessabfolge
                                                                                                                               Detail Engineering


                                                                                                                                      Bau
                                                             Bild: ESI IC.IDO


     3D-Modell als Integrationsplattform                                                                                       Inbetriebnahme

      für verschiedene Gewerke
                                                                                                                                    Betrieb
     3D-Modell als Kommunikationsplattform
      für verschiedene Disziplinen                                                                                             Um- und Rückbau

     Dokumentation & Wissensmanagement

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                                                                                                                                                         6
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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering Einsatz über alle Planungsschritte hinweg
                                                            Bau & Retrofit       Inbetriebnahme              Betrieb       Revamp & Revision        Nutzen



    3D-Modell zur Integration und Kommunikation
     Integration von Geometrie und Kinematik
     Integration von Geometrie und Steuerung
     Integration mit Materialfluss und Logistik                                                                                       Daimler, Rastatt:
                                                                                                                                       Robotik, Zuführung,
                                                                                                    Bild: Fraunhofer IPA               Materialfluss
     Integration von Geometrie und
      Physiksimulation (Struktur, Strömung)
     Integration von Dokumentation
                                                                                                                                       Visualisierung
                                                                                                                                       Strömungsverhältnisse
                                                                                                    Bild: Fraunhofer IFF               in Anlage




                                                                                                                                       Interaktive
                                                                                                                                       Dokumentation
                                                                                                                                       an Ausrüstung (Beispiel:
                                                                                                                                       Extruder-Schnecken,
                                                                                                    Bild: ESI IC.IDO
                                                                                                                                       Extricom GmbH, Lauffen)



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                                                                                                                                                      7
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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb        Revamp & Revision        Nutzen



    Basic Engineering: Virtual Reality-Anwendungsfelder
     3D-Modell für Behördenplanung
     Darstellung Anlagen und Gebäude im
      Gesamtkontext
     Verwendung 3D-Modell für Planung                                                           Bild: VRMMP                       Gesamtsicht auf Anlage


      Generalbebauung: Geländemodell,
      Straßen, Bahnen, Bestandsgebäude
     Planungsvarianten: längere Beibehaltung                                                                                      High-Lighten von
                                                                                                                                   Bereichen, z. B.
      von Varianten im Planungsprozess:                                                          Bild: VRMMP                       Varianten

      Festlegung erst, wenn notwendig
     Virtuelle Begehungen, intuitive
      Darstellung des Planungsvorhabens für
      fremde Disziplinen und Fachfremde                                                          Bild: Fraunhofer IFF               Virtual Walk-Through



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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb       Revamp & Revision           Nutzen



    Basic Engineering




                                                                                                                                           Bild: Fraunhofer IPA

                                                                                                                               Planungstisch
                                                                                                                               für 2D-3D-Aufgaben




                                                                                                                               Gesamtsicht mit Gelände,
                                                                                                                               Straßen, Toren,
                                                                                                                 Bild: VRMMP   Kühlwasser-Reservoir



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                                                                                                                                                    9
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Grundlagen          Basic Engineering     Detail Engineering     Bau & Retrofit   Inbetriebnahme       Betrieb          Revamp & Revision             Nutzen



    Basic Engineering
    Unglücks- & Störfallbetrachtungen
     Darstellung Ausbreitungsrichtung
      Schadstoffe im Zeitverlauf
                                                                                                                                        Schadstoff-Ausbreitung
                                                                                                                          Bild: Visenso an Bohr-Plattform
     Mit digitalem Geländemodell:                                                     Bild: Hydro


      Darstellung Umschwemmungsbereiche
     Durchlauf Interpretation, Diagnose,
      Störstellensuche, Behebung                                                                                                          Darstellung
                                                                                                                                          Überschwemmung
                                                                                                                         Bild: VRMMP
                                                                                                                 Bild: VirtualCitySystems in 3D-Geländemodell




                                                                                                                                        Bild links: Brand an
  Bilder: ESI für                                                                                                                       elektrischen
  Areva NP
                                                                                                                                        Komponenten

                                                                                                                                        Bild recht: Leckage

             Simulation Falltest (oben real, unten Simulation)                       Bild: VRMMP                          Bild: VRMMP




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                                                                                                                                                       10
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb   Revamp & Revision         Nutzen



    Basic Engineering
    Unglücks- & Störfallbetrachtungen
     Fluchtwegeplanung
     Evaluation Ausschilderung Warnschilder                                                                                  Fluchtweg über
                                                                                                                              Obergeschosse
      und Fluchtwege                                                                             Bild: VRMMP




     Darstellung unübersichtlicher Wege
      in mehreren Ebenen
     Sichtverhältnisse bei Wetterlagen                                                                                       Sicht bei Schneefall:
                                                                                                 Bild: VRMMP                  das nächste Schild?

     bei Störfall versperrte Wege
      (Feuer, Schadstoffe)

                                                                                                                              Versperrter Fluchtweg
                                                                                                 Bild: Visenso                bei Leckage / Brand



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                                                                                                                                              11
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb        Revamp & Revision        Nutzen



    Detail Engineering
    Konstruktionsunterstützung
     Konstruktionsunterstützung, Geometrie-
      planung, Sicherstellung Kollisionsfreiheit
                                                                                                                                    Rohrleitungsbau
     Vermeidung Mehrfachbelegung Bauraum                                                       Bild: VRMMP



     Ein-/Ausbauuntersuchungen: Reihenfolgen,
      Hebezeuge, Berücksichtigung biegeschlaffe
                                                                                                                                    Zentrale Pumpstation
      Materialien (Schläuche, Kabel)                                                                                                im Bergwerk:
                                                                                                                                    Passiermöglichkeit
                                                                                                 Bild: Fraunhofer IPA               für Seitenkipplader?
     geometrische Integration verschiedener
      Gewerke: Virtual Mock-Up
     Transportmittel, Fördertechnik
                                                                                                                                    Review an Produktions-
     Variantenplanung                                                                          Bild: ESI IC.IDO
                                                                                                                                    anlage, Gabler GmbH,
                                                                                                                                    Ettlingen



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                                                                                                                                                 12
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb   Revamp & Revision        Nutzen



    Detail Engineering
    Simulation in 3D-Modellen
     Prozesstechnik, Verfahrenstechnik
     Struktur und Strömung:                                                                                                  Darstellung
                                                                                                                              Prozess-Simulation
      Sicherstellung Funktionsfähigkeit,                                                         Bild: VRMMP


      Optimierung
     Automatisierungstechnik:
      Auslegung Automatisierungssystem                                                                                        Strömungssimulation
                                                                                                 Bild: Visenso                in Zuführung Turbinen

                            Bild: ESI für Skoda Power




                                                                                                                              Speicherprogrammierbare
 Simulation Montageprozess Turbine unter Berücksichtigung Verformung durch Schweißprozess       Bild: VDC                     Steuerung an 3D-Modell



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                                                                                                                                            13
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb        Revamp & Revision         Nutzen



    Detail Engineering
    Ergonomie und Bedienbarkeit
     Belastungen, Sicht- und Greifräume
                                                                                                                                    Interaktive Montage-
                                                                                                                                    und Zugänglichkeits-
     Usability, Verständlichkeit                                                                                                   untersuchung mit
                                                                                                 Bild: ESI IC.IDO                   3D-Menschmodell


    Noise/Vibration/Harshness, Geruchsbelastung
     Überprüfung anhand von
      Simulationsmodellen
                                                                                                Bild: VRMMP                        Virtuelle Anzeige

    Sicherheitstechnik, Unfallschutz
     Überprüfung Greifräume
     Überprüfung Trennsysteme, Absperrungen,
      Sensorik, Verarbeitung (Sicherheitskonzept)                                                Bild: Fraunhofer IPA               Sicherheitszelle



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                                                                                                                                                   14
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme               Betrieb             Revamp & Revision   Nutzen



    Detail Engineering
                                                                                                         Sicherheitszelle mit Trennzäunen,
                                                                                                         Lichtschranken, Schaltern,
                                                                                                         Übergabefächern und einem
                                                                                                         Automatisierungssystem




                                                                                                                      Bild: Fraunhofer IPA




                                                                                  Bild: Fraunhofer IPA                Bild: Fraunhofer IPA




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                                                                                                                                                    15
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb    Revamp & Revision              Nutzen



    Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder
     Rückführung des Realisierungsstands
      in Planungsunterlagen
     Laserscan + 360°-Fotographie
                                                                                                                                    Laser-Scan
     Unterstützung Projektcontrolling
     Änderungsmanagement
     Kombination Laserscan                                                                                      Bild: Scantec 3D


      und Geometrie für                                                                                                           Laser-Scan,
                                                                                                                     Bild: eSZett 360°-Fotographie
      Transportstudien



                                                                                                                 Bild: Scantec 3D




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                                                                                                                                                 16
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb   Revamp & Revision       Nutzen



    Bau & Retrofit: VR-Anwendungsfelder
     Mischdatenverarbeitung
     Augmented Reality (AR)
    Abgleich Realität & digitale 3D-Daten:                                                                                     Mischdatenverarbeitung:
                                                                                                                               Laserscan plus
                                                                                                Bild: Scantec 3D               3D-Geometrie
     Einplanen neu konstruierter
      Objekte in Bestand
     Überprüfung der digitalen
                                                                                                                               AR-Einplanung
      Dokumentation                                                                                                            in Bestand:
                                                                                                 Bild: metaio                  Infrastruktur




                                                                                                                               AR-Einplanung
                                                                                                                               in Bestand:
                                                                                                Bild: Volkswagen               neue Serie



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                                                                                                                                            17
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb            Revamp & Revision         Nutzen



    Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder
                                                                                                                     AR-Einplanung
                                                                                                                     in Bestand:
                                                                                                                     Fördertechnik




                                                                                                                       Messfunktion
                                                                                                                       in AR




                                                                                                                                 Bild: Volkswagen




                                                                                                  Bild: TU München               Bild: Volkswagen




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                                                                                                                                                    18
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb        Revamp & Revision        Nutzen



    Inbetriebnahme
     Anlaufunterstützung
      durch Teilsimulation
     Hardware-in-the-Loop: Entwicklung und
      Evaluation Sensorik, Aktorik, Steuerung                                                    Bild: Fraunhofer IPA
                                                                                                                                     Gesamtschaubild
                                                                                                                                     System-Simulation

     Abläufe, Not-Aus,
      Hochfahren, Herunterfahren
                                                                                                                                    Hardware-in-the-Loop:
                                                                                                                                    Steuerung gegen Modell,
                                                                                                                                    Steuerung an realer
                                                                                                 Bild: Fraunhofer IPA
                                                                                                                                    Anlage




                                                                                                                                    Integration Einzel-
                                                                                                                                    Gewerke: Roboter -
                                                                                                                                    Roboterzelle - Zelle
                                                                                                 Bild: Fraunhofer IPA               mit Fördertechnik



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                                                                                                                                                  19
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb        Revamp & Revision        Nutzen



    Inbetriebnahme
    Training und Qualifizierung
    Möglich zu verwaltende Wissensarten in
    Virtuellen Umgebungen:
        Positionswissen                                                                                                            Örtlichkeit und Aussage
                                                                                                 Bild: VRMMP                        einer Anzeige
        Strukturwissen
        Verhaltenswissen
        Prozedurwissen

    Möglichkeiten des Lernens in Virtuellen Umgebungen:                                                                             Funktionsweise
                                                                                                 Bild: VRMMP                        eines Prozesses
     räumliches Explorieren
        konzeptuelles Lernen
        Erlernen motorischer Fähigkeiten
        prozedurales Lernen                                                                                                        Bedienung einer
                                                                                                                                    virtuellen Steuerung
                                                                                                 Bild: Fraunhofer IPA               als Head-Up-Display



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                                                                                                                                                  20
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb    Revamp & Revision         Nutzen



    Inbetriebnahme
    Training und Qualifizierung
     Lernstufen: Erläutern, Begleiten, Prüfen
     Einbringen von Dokumentation                                                                                              Funktionserläuertung
                                                                                                 Bild: ESI IC.IDO               vor der Powerwall
     Einbringen von Simulatoren
     Szenarien-Simulation
     Sichtbarmachen von Verborgenem
                                                                                                                                Auszutauschendes
                                                                                                 Bild: VRMMP                    Element, Bezeichnung




                                                                                                 Bild: VRMMP                    Blick in die Turbine



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                                                                                                                                               21
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb   Revamp & Revision       Nutzen



    Inbetriebnahme
    Training und Qualifizierung:
    Beispiel Hochspannungs-Umschaltwerk
     Vermittlung aller Stromkreise über
                                                                                                                               3D-Ansicht des
      interaktiven Schaltplan                                                                    Bild: 5DT                     Umspannwerks


     Isolatoren und Unterbrecher lassen sich
      im Schaltplan öffnen und schließen
     im Hintergrund überprüft ein                                                                                             Schaltplan mit
      Hochspannungs-Sicherheitsprogramm                                                          Bild: 5DT                     räumlicher Zuordnung

      die Richtigkeit aller Operationen
     im nächsten Schritt werden Operationen
      über simulierte Bedienerkonsole geführt
                                                                                                                               simulierte
                                                                                                 Bild: 5DT                     Bedienerkonsole



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                                                                                                                                            22
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VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision            Nutzen



    Inbetriebnahme




                                                                                                                                 Anlagen-
                                                                                                                                 Trainingssimulator
                                                                                                                                 Des Virtual Reality und
                                                                                                                                 Multimedia Parks Turin:
                                                                                                                                 Definition von Szenarien,
                                                                                                                                 Abarbeiten von Szenarien,
                                                                                                                                 gekoppelte
                                                                                                                                 2D- und 3D-Sicht




                                                                                                                   Bild: VRMMP



   © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
                                                                                                                                               23
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb        Revamp & Revision         Nutzen



    Betrieb: Virtual Reality-Anwendungsfelder
     Training und Qualifizierung
     AR-Prozessunterstützung
     Teleservice AR-unterstützt                                                                                                    Werkzeugwechsel unter
                                                                                                                                    Kollisions- und Abgleit-
                                                                                                 Bild: ESI IC.IDO                   Bedingungen




                                                                                                                                    Sicherheitsbegehung
                                                                                                                                    der virtuellen Anlage in
                                                                                                 Bild: ESI IC.IDO                   Maßstab 1:1




                                                                                                                                    Zusatzinformationen,
                                                                                                                                    über ein AR-Display
                                                                                                 Bild: Fraunhofer IPA               eingeblendet



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                                                                                                                                                  24
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme            Betrieb    Revamp & Revision         Nutzen



    Revamp & Revision: Virtual Reality-Anwendungsfelder
     Rückführung Bestand und Realisierungsstand
      in Planungsunterlagen, Variantenbetrachtung
     Unterstützung Projekt-Controlling
                                                                                                                                Laserscan-Punktewolke
     Änderungsmanagement                                                                       Bild: Scantec 3D




     Mischdatenverarbeitung:
      Scan plus Neu-Konstruktion
     Unglücks-/Störfallbetrachtung                                                                                             Geometrieerzeugung
                                                                                                Bild: Scantec 3D                aus Laserscan

     Aus-/Einbau-, Demontage- und
      Zugänglichkeits-Untersuchungen
     AR-gestütze Einplanung                                                                                                    Diskussion vor
      neuer Geometrien in Bestand                                                                Bild: ESI IC:IDO
                                                                                                                                Powerwall (Visualisierter
                                                                                                                                Laserscan & Geometrie)



   © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
                                                                                                                                              25
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision   Nutzen



    Übersicht der Einsatzgebiete
     in den jeweiligen Planungsphasen




   © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
                                                                                                                                     26
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision   Nutzen



    Nutzenpotenziale
        Integratives 3D-Planungsmodell                                             Optimierung Ergonomie
         reduziert Abstimmungsfehler                                                 und Usability
        Planungstransparenz,                                                       Zusammenführung Realität
         schnellere Entscheidungsfindung                                             und digitale 3D-Welt
        Einbeziehung aller Fachdisziplinen                                         Schnelle, einfache, verständliche
                                                                                     Dokumentation; Nutzung als
        Kostenreduktion aufgrund
                                                                                     Wissensmanagement-Plattform
         sinkender Fehlerfolgekosten
                                                                                    Training schon während
        Verkürzung Stillstandzeiten
                                                                                     Planung/ohne Belegung
        Optimierte Transport- und                                                   der Anlagen/gefahrlos
         Fluchtwege-Planung                                                          mit Szenarien-Technik
        Montage- und                                                               Imagegewinn durch
         Demontageoptimierung                                                        moderne Technik


   © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC
                                                                                                                                     27
VDC-Whitepaper
VR im Anlagenbau


Grundlagen      Basic Engineering    Detail Engineering     Bau & Retrofit     Inbetriebnahme          Betrieb   Revamp & Revision   Nutzen



    VDC-Mitglieder und -Partner im Thema VR-Anlagenbau




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                                                                                                                                     28
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                       Auberlenstr. 13
                       70736 Fellbach
                       Tel.: 0711 / 58 53 09-0
                       info@vdc-fellbach.de
                       www.vdc-fellbach.de



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VDC-Newsletter März 2022
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VDC-Newsletter Februar 2022
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VDC- Newsletter Dezember 2021
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2019-07 PM VDC und VR/AR Association besiegeln Partnerschaft
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PM: VDC veröffentlicht Simulations-Steckbriefe
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2018-09 PM VDC Fellbach erstellt Whitepaper zum Thema "Eye Tracking"
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Eye Tracking Technologies: VDC-Whitepaper
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Virtual Reality im Anlagenbau: VDC-Whitepaper

  • 1. Whitepaper Virtual Reality im Anlagenbau Anwendungen, Nutzen, Technologien von: © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 1
  • 2. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Anlagenbau Umfeld: Der Anlagenbau als technisches Geschäftsfeld hat die Realisierung technischer Anlagen zum Ziel. Der Anlagenbau umfasst dazu verschiedene technische Disziplinen:  Verfahrenstechnik  Energie-/Elektrotechnik  Versorgungstechnik  Produktionstechnik  Anlagenplanung  Maschinenbau Bild: VRMMP © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 2
  • 3. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Phasen im Entwicklungsprozess [Quelle: Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Anlagenbau ] 1. Verfahrens- bzw. Prozessentwicklung in Labor und Technikum sowie einer Hochrechnung auf den industriellen Maßstab ("Scale-Up") 2. Ermittlung der administrativen, wirtschaftlichen und technischen Rahmenbedingungen sowie der Anforderungen 3. Machbarkeitsuntersuchung mit technischem und wirtschaftlichem Vergleich verschiedener Konzepte 4. Konzeptphase ([Vorplanung]), d.h. Auswahl des endgültigen Konzeptes und erste Schätzungen des technischen Anlagenumfanges 5. Ausarbeitung des technisch und wirtschaftlich vorteilhaftesten Konzeptes und Ermittlung aller erwarteten Kosten 6. Genehmigungplanung zur Beschaffung der notwendigen Genehmigungen 7. Detaillierte Auslegung und Beschreibung aller notwendigen Komponenten und Maßnahmen (Ausführungsplanung oder Detail Engineering) 8. Anfrage der beschriebenen (spezifizierten) Komponenten und Leistungen 9. Angebotsvergleich und Bestellung 10. Bau der Anlage 11. Inbetriebnahme der Anlage 12. Nachweis der vereinbarten Leistungen der Anlage (Stoff- & Energieumsatz, Qualität, Garantiedaten) 13. Übergabe der Anlage an den Betreiber © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 3
  • 4. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Kostenfestlegung vs. Kostenentstehung  Problematik verschärft mit Projektdauer und -komplexität Beispiel [Quelle: Munroe & Associates] © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 4
  • 5. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Produktlebenszyklus vs. Fabriklebenszyklus  unterschiedliche Lebenszyklen erfordern Wandlungsfähigkeit der Produktionsmittel und integrative Planung Bild: Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb, Universität Stuttgart © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 5
  • 6. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Einsatz über alle Planungsschritte hinweg Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Virtual Reality im Anlagenbau: über alle Planungsschritte hinweg Basic Engineering Grobe Prozessabfolge Detail Engineering Bau Bild: ESI IC.IDO  3D-Modell als Integrationsplattform Inbetriebnahme für verschiedene Gewerke Betrieb  3D-Modell als Kommunikationsplattform für verschiedene Disziplinen Um- und Rückbau  Dokumentation & Wissensmanagement © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 6
  • 7. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Einsatz über alle Planungsschritte hinweg Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen 3D-Modell zur Integration und Kommunikation  Integration von Geometrie und Kinematik  Integration von Geometrie und Steuerung  Integration mit Materialfluss und Logistik Daimler, Rastatt: Robotik, Zuführung, Bild: Fraunhofer IPA Materialfluss  Integration von Geometrie und Physiksimulation (Struktur, Strömung)  Integration von Dokumentation Visualisierung Strömungsverhältnisse Bild: Fraunhofer IFF in Anlage Interaktive Dokumentation an Ausrüstung (Beispiel: Extruder-Schnecken, Bild: ESI IC.IDO Extricom GmbH, Lauffen) © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 7
  • 8. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Basic Engineering: Virtual Reality-Anwendungsfelder  3D-Modell für Behördenplanung  Darstellung Anlagen und Gebäude im Gesamtkontext  Verwendung 3D-Modell für Planung Bild: VRMMP Gesamtsicht auf Anlage Generalbebauung: Geländemodell, Straßen, Bahnen, Bestandsgebäude  Planungsvarianten: längere Beibehaltung High-Lighten von Bereichen, z. B. von Varianten im Planungsprozess: Bild: VRMMP Varianten Festlegung erst, wenn notwendig  Virtuelle Begehungen, intuitive Darstellung des Planungsvorhabens für fremde Disziplinen und Fachfremde Bild: Fraunhofer IFF Virtual Walk-Through © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 8
  • 9. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Basic Engineering Bild: Fraunhofer IPA Planungstisch für 2D-3D-Aufgaben Gesamtsicht mit Gelände, Straßen, Toren, Bild: VRMMP Kühlwasser-Reservoir © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 9
  • 10. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Basic Engineering Unglücks- & Störfallbetrachtungen  Darstellung Ausbreitungsrichtung Schadstoffe im Zeitverlauf Schadstoff-Ausbreitung Bild: Visenso an Bohr-Plattform  Mit digitalem Geländemodell: Bild: Hydro Darstellung Umschwemmungsbereiche  Durchlauf Interpretation, Diagnose, Störstellensuche, Behebung Darstellung Überschwemmung Bild: VRMMP Bild: VirtualCitySystems in 3D-Geländemodell Bild links: Brand an Bilder: ESI für elektrischen Areva NP Komponenten Bild recht: Leckage Simulation Falltest (oben real, unten Simulation) Bild: VRMMP Bild: VRMMP © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 10
  • 11. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Basic Engineering Unglücks- & Störfallbetrachtungen  Fluchtwegeplanung  Evaluation Ausschilderung Warnschilder Fluchtweg über Obergeschosse und Fluchtwege Bild: VRMMP  Darstellung unübersichtlicher Wege in mehreren Ebenen  Sichtverhältnisse bei Wetterlagen Sicht bei Schneefall: Bild: VRMMP das nächste Schild?  bei Störfall versperrte Wege (Feuer, Schadstoffe) Versperrter Fluchtweg Bild: Visenso bei Leckage / Brand © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 11
  • 12. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Konstruktionsunterstützung  Konstruktionsunterstützung, Geometrie- planung, Sicherstellung Kollisionsfreiheit Rohrleitungsbau  Vermeidung Mehrfachbelegung Bauraum Bild: VRMMP  Ein-/Ausbauuntersuchungen: Reihenfolgen, Hebezeuge, Berücksichtigung biegeschlaffe Zentrale Pumpstation Materialien (Schläuche, Kabel) im Bergwerk: Passiermöglichkeit Bild: Fraunhofer IPA für Seitenkipplader?  geometrische Integration verschiedener Gewerke: Virtual Mock-Up  Transportmittel, Fördertechnik Review an Produktions-  Variantenplanung Bild: ESI IC.IDO anlage, Gabler GmbH, Ettlingen © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 12
  • 13. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Simulation in 3D-Modellen  Prozesstechnik, Verfahrenstechnik  Struktur und Strömung: Darstellung Prozess-Simulation Sicherstellung Funktionsfähigkeit, Bild: VRMMP Optimierung  Automatisierungstechnik: Auslegung Automatisierungssystem Strömungssimulation Bild: Visenso in Zuführung Turbinen Bild: ESI für Skoda Power Speicherprogrammierbare Simulation Montageprozess Turbine unter Berücksichtigung Verformung durch Schweißprozess Bild: VDC Steuerung an 3D-Modell © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 13
  • 14. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Ergonomie und Bedienbarkeit  Belastungen, Sicht- und Greifräume Interaktive Montage- und Zugänglichkeits-  Usability, Verständlichkeit untersuchung mit Bild: ESI IC.IDO 3D-Menschmodell Noise/Vibration/Harshness, Geruchsbelastung  Überprüfung anhand von Simulationsmodellen Bild: VRMMP Virtuelle Anzeige Sicherheitstechnik, Unfallschutz  Überprüfung Greifräume  Überprüfung Trennsysteme, Absperrungen, Sensorik, Verarbeitung (Sicherheitskonzept) Bild: Fraunhofer IPA Sicherheitszelle © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 14
  • 15. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Detail Engineering Sicherheitszelle mit Trennzäunen, Lichtschranken, Schaltern, Übergabefächern und einem Automatisierungssystem Bild: Fraunhofer IPA Bild: Fraunhofer IPA Bild: Fraunhofer IPA © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 15
  • 16. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder  Rückführung des Realisierungsstands in Planungsunterlagen  Laserscan + 360°-Fotographie Laser-Scan  Unterstützung Projektcontrolling  Änderungsmanagement  Kombination Laserscan Bild: Scantec 3D und Geometrie für Laser-Scan, Bild: eSZett 360°-Fotographie Transportstudien Bild: Scantec 3D © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 16
  • 17. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Bau & Retrofit: VR-Anwendungsfelder  Mischdatenverarbeitung  Augmented Reality (AR) Abgleich Realität & digitale 3D-Daten: Mischdatenverarbeitung: Laserscan plus Bild: Scantec 3D 3D-Geometrie  Einplanen neu konstruierter Objekte in Bestand  Überprüfung der digitalen AR-Einplanung Dokumentation in Bestand: Bild: metaio Infrastruktur AR-Einplanung in Bestand: Bild: Volkswagen neue Serie © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 17
  • 18. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Bau & Retrofit: Virtual Reality-Anwendungsfelder AR-Einplanung in Bestand: Fördertechnik Messfunktion in AR Bild: Volkswagen Bild: TU München Bild: Volkswagen © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 18
  • 19. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme  Anlaufunterstützung durch Teilsimulation  Hardware-in-the-Loop: Entwicklung und Evaluation Sensorik, Aktorik, Steuerung Bild: Fraunhofer IPA Gesamtschaubild System-Simulation  Abläufe, Not-Aus, Hochfahren, Herunterfahren Hardware-in-the-Loop: Steuerung gegen Modell, Steuerung an realer Bild: Fraunhofer IPA Anlage Integration Einzel- Gewerke: Roboter - Roboterzelle - Zelle Bild: Fraunhofer IPA mit Fördertechnik © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 19
  • 20. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Training und Qualifizierung Möglich zu verwaltende Wissensarten in Virtuellen Umgebungen:  Positionswissen Örtlichkeit und Aussage Bild: VRMMP einer Anzeige  Strukturwissen  Verhaltenswissen  Prozedurwissen Möglichkeiten des Lernens in Virtuellen Umgebungen: Funktionsweise Bild: VRMMP eines Prozesses  räumliches Explorieren  konzeptuelles Lernen  Erlernen motorischer Fähigkeiten  prozedurales Lernen Bedienung einer virtuellen Steuerung Bild: Fraunhofer IPA als Head-Up-Display © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 20
  • 21. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Training und Qualifizierung  Lernstufen: Erläutern, Begleiten, Prüfen  Einbringen von Dokumentation Funktionserläuertung Bild: ESI IC.IDO vor der Powerwall  Einbringen von Simulatoren  Szenarien-Simulation  Sichtbarmachen von Verborgenem Auszutauschendes Bild: VRMMP Element, Bezeichnung Bild: VRMMP Blick in die Turbine © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 21
  • 22. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Training und Qualifizierung: Beispiel Hochspannungs-Umschaltwerk  Vermittlung aller Stromkreise über 3D-Ansicht des interaktiven Schaltplan Bild: 5DT Umspannwerks  Isolatoren und Unterbrecher lassen sich im Schaltplan öffnen und schließen  im Hintergrund überprüft ein Schaltplan mit Hochspannungs-Sicherheitsprogramm Bild: 5DT räumlicher Zuordnung die Richtigkeit aller Operationen  im nächsten Schritt werden Operationen über simulierte Bedienerkonsole geführt simulierte Bild: 5DT Bedienerkonsole © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 22
  • 23. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Inbetriebnahme Anlagen- Trainingssimulator Des Virtual Reality und Multimedia Parks Turin: Definition von Szenarien, Abarbeiten von Szenarien, gekoppelte 2D- und 3D-Sicht Bild: VRMMP © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 23
  • 24. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Betrieb: Virtual Reality-Anwendungsfelder  Training und Qualifizierung  AR-Prozessunterstützung  Teleservice AR-unterstützt Werkzeugwechsel unter Kollisions- und Abgleit- Bild: ESI IC.IDO Bedingungen Sicherheitsbegehung der virtuellen Anlage in Bild: ESI IC.IDO Maßstab 1:1 Zusatzinformationen, über ein AR-Display Bild: Fraunhofer IPA eingeblendet © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 24
  • 25. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Revamp & Revision: Virtual Reality-Anwendungsfelder  Rückführung Bestand und Realisierungsstand in Planungsunterlagen, Variantenbetrachtung  Unterstützung Projekt-Controlling Laserscan-Punktewolke  Änderungsmanagement Bild: Scantec 3D  Mischdatenverarbeitung: Scan plus Neu-Konstruktion  Unglücks-/Störfallbetrachtung Geometrieerzeugung Bild: Scantec 3D aus Laserscan  Aus-/Einbau-, Demontage- und Zugänglichkeits-Untersuchungen  AR-gestütze Einplanung Diskussion vor neuer Geometrien in Bestand Bild: ESI IC:IDO Powerwall (Visualisierter Laserscan & Geometrie) © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 25
  • 26. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Übersicht der Einsatzgebiete  in den jeweiligen Planungsphasen © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 26
  • 27. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen Nutzenpotenziale  Integratives 3D-Planungsmodell  Optimierung Ergonomie reduziert Abstimmungsfehler und Usability  Planungstransparenz,  Zusammenführung Realität schnellere Entscheidungsfindung und digitale 3D-Welt  Einbeziehung aller Fachdisziplinen  Schnelle, einfache, verständliche Dokumentation; Nutzung als  Kostenreduktion aufgrund Wissensmanagement-Plattform sinkender Fehlerfolgekosten  Training schon während  Verkürzung Stillstandzeiten Planung/ohne Belegung  Optimierte Transport- und der Anlagen/gefahrlos Fluchtwege-Planung mit Szenarien-Technik  Montage- und  Imagegewinn durch Demontageoptimierung moderne Technik © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 27
  • 28. VDC-Whitepaper VR im Anlagenbau Grundlagen Basic Engineering Detail Engineering Bau & Retrofit Inbetriebnahme Betrieb Revamp & Revision Nutzen VDC-Mitglieder und -Partner im Thema VR-Anlagenbau © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 28
  • 29. Das Thema interessiert Sie und Sie suchen nach Umsetzungspartnern? Sprechen Sie mit uns. VDC. Netzwerk für Virtual Engineering. Virtual Dimension Center (VDC) Auberlenstr. 13 70736 Fellbach Tel.: 0711 / 58 53 09-0 info@vdc-fellbach.de www.vdc-fellbach.de © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 29