Sicherheitstechnisches Retrofit mittels virtuellem 3D-Modell

Laserscanner und virtuelle Realität (VR) bei Safety-Retrofit

  • Mit einer Virtual-Reality-Brille lässt sich die Maschine begehen  und die ­Auswahl, Positionierung und Funktion der ausgewählten ­Sicherheitstechnik überprüfen. Bild: SickMit einer Virtual-Reality-Brille lässt sich die Maschine begehen und die ­Auswahl, Positionierung und Funktion der ausgewählten ­Sicherheitstechnik überprüfen. Bild: Sick
  • Mit einer Virtual-Reality-Brille lässt sich die Maschine begehen  und die ­Auswahl, Positionierung und Funktion der ausgewählten ­Sicherheitstechnik überprüfen. Bild: Sick
  • Durch das virtuelle Maschinenmodell werden ­Vor-Ort-Begehungen deutlich kürzer und sind ­seltener nötig. Bild: Sick

Erfüllt eine vorhandene Maschine noch alle sicherheitstechnischen Anforderungen? Haben Umbauten in der Vergangenheit die Maschinensicherheit vielleicht ungewollt und unerkannt beeinträchtigt? Und wie lässt sich ein Retrofit auf den neuesten Stand der Sicherheits­technik überhaupt bewerkstelligen, wenn wie bei älteren Maschinen häufig keine Konstruktionszeichnungen und CAD-Daten mehr verfügbar sind? Die Lösung: Ein virtuelles 3D-Modell der Maschine mittels Laserscanner erstellen und auf ­dieser Basis die Sicherheitstechnik virtuell designen. Auch virtuelle Anlagenbegehungen, etwa für die Abstimmung der vorgeschlagenen Lösung, sind möglich.

Die 3D-Modellierung einer Maschine für ein sicherheitstechnisches Umbauprojekt ist ein im Markt noch völlig neuer Ansatz. Aber nur konsequent im Zeitalter der Digitalisierung. Dazu wird die Maschine per Laser vermessen und daraus ein millimetergenaues 3D-Modell erstellt. Sicherheitstechnische Komponenten, die schon als CAD-Daten vorhanden sind, werden direkt in die digitalisierte Maschine eingebaut. Im 3D-Modell lassen sich auch Bedienschritte und Produktionsprozesse mit den ausgewählten Sicherheitsmaßnahmen abgleichen. Dies macht bestimmte Einzelheiten oder Restriktionen bereits in einer frühen Projektphase sichtbar und vermeidet so Überraschungen bei Umbau und Wiederinbetriebnahme. Mit der auf diese Weise verbesserten Abstimmung im Vorfeld können zudem Maschinenbetreiber und Auftragnehmer bei Umbauprojekten Ressourcen effizient planen.

Safety-Retrofit kann (noch) viel Aufwand bedeuten

Umbaumaßnahmen an Bestandsmaschinen erfolgen in der Regel in einem von zwei üblichen Szenarien: Im einen sind noch Konstruktionszeichnungen oder CAD-Daten vorhanden, im anderen nicht. Hinzu kommt, dass viele Betreiber kein oder nur wenig Know-how haben, wenn es um das Planen, Projektieren und Umsetzen sicherheitstechnischer Maßnahmen geht. Das Wissen um die Relevanz und Aktualität von Richtlinien und Normen ist ebenfalls eine nicht zu unterschätzende Herausforderung. Hier kommt Sick ins Spiel, als Anbieter sicherheitstechnischer Umbau- und Modernisierungsdienstleistungen. Mit der Lösung aus einer Hand und einem großen Produktportfolio, Applikationsexpertise und der Kenntnis der aktuellen Normenlage.

Damit bekommen Betreiber auch eine entsprechende Haftungssicherheit.
Ist die Notwendigkeit des sicherheitstechnischen Umbaus einer Maschine einmal erkannt, sollte der Betreiber – um Sicherheit zu gewährleisten und Arbeitsunfälle zu vermeiden – mit der Umsetzung unverzüglich beginnen. Sind Zeichnungen oder CAD-Daten verfügbar, lassen sich Umbaumaßnahmen mithilfe der vorhandenen Maße zeitnah angehen. Viele Hemmnisse für beide Seiten, die eine zügige Umsetzung erschweren, bleiben dennoch. Hierzu gehören ein hoher Zeit und Kostenaufwand für Vor-Ort-Termine sowie bei globalen Projekten große Entfernungen und Zeitverschiebungen. Das aufwändige, rechtzeitige Erkennen und Klären von Verständnisproblemen sicherheits- und bedientechnischer Aspekte oder die Schaffung von Akzeptanz für die realisierten Maßnahmen sind weitere Erschwernisse auf dem Weg zur sicheren Anlage.
Bestandsmaschinen, deren Zeichnungen oder CAD-Daten fehlen, erforderten vor der Berücksichtigung risikomindernder Maßnahmen zudem ein zeitaufwändiges Erfassen von Konstruktionsdaten vor Ort – zumindest bislang. Hierunter fallen insbesondere das manuelle Vermessen und Foto-dokumentieren der Maschine sowie der Umgebung, in der sie aufgestellt ist. Fehlen die Schaltpläne, muss der Betreiber überdies den aktuellen Stand der gesamten Elektrik ermitteln. Dies gilt auch für nachträgliche Umbauten, wenn sie ungenügend dokumentiert wurden – sei es auf Papier oder elektronisch.

3D-Scanner und virtuelles Design senken den Aufwand erheblich

Mit dem 3D-Scan-Konzept von Sick als schlüsselfertige Lösung ist es jetzt möglich, den Aufwand rund um das Retrofit einer Maschine erheblich zu reduzieren. Dazu wird die Anlage einfach digitalisiert und dreidimensional modelliert. Statt stunden- oder tagelang das Layout und die Abmessungen der Maschine herauszusuchen, dauert es nur einen Vormittag, bis ein virtuelles Abbild der realen Maschine erstellt ist.
Mit einem messenden Laserscanner wird sie zunächst in der Produktionshalle aus beliebig vielen Positionen aufgenommen. Die digitalen Messdaten werden in der Scanner-Software in wenigen Augenblicken zu einem millimetergenauen farbigen 3D-Modell der Maschine zusammengesetzt. Formatiert als AutoCAD-Datei können sie sofort für das virtuelle Planen der Sicherheitsmaßnahmen in der 3D-CAD-Software genutzt werden. Der Anwender hat also sehr schnell ein klares Bild vor Augen, wie seine Maschine aussehen wird. Zudem kann er individuelle Anforderungen direkt miteinfließen lassen.

Die Sicherheitstechnik virtuell testen

Mit einer Virtual-Reality-Brille können Personen dann die Maschine begehen. Spannend wird dies, wenn die Maschine im Modell mit aktueller Sicherheitstechnik ausgestattet ist. Alle Produkte des Sick-Portfolios sowie viele trennende Schutzeinrichtungen sind als 3D-Modell hinterlegt. Daher lassen sie sich in der passenden Auslegung, Konfiguration und Dimensionierung per Drag-and-Drop virtuell in der Maschine installieren. Zudem können auch Warn- und Schutzfelder von Sicherheits-Laserscannern grafisch visualisiert werden. Gleiches gilt für die Höhe und Position von Schutzzäunen oder die ideale Anordnung von Türen im Zaun oder an Zugängen zur Maschine. Darüber hinaus ist es möglich, alternative Sicherheitskonzepte für die Maschine zu entwickeln und zu vergleichen.
„Welche Sicherheitsauslegung hat welchen Einfluss auf den Maschinen-Footprint?“ „Welche Safety-Maßnahmen optimieren zugleich die Bedienergonomie oder bestimmte Maschineprozesse?“ – auf diese und andere Fragen erhalten Maschinenbetreiber, Produktionsverantwortliche, Sicherheitsfachkräfte und Integratoren verlässliche Antworten. Spätestens dann, wenn sie sich die VR-Brille aufsetzen und die Maschine virtuell begehen. Die Maschine wird dann mit der vorgeschlagenen sicherheitstechnischen Lösung erlebbar. Dies wiederum ermöglicht es, die Auswahl, Positionierung oder Funktion der ausgewählten, noch virtuellen Sicherheitstechnik zu überprüfen. Verbliebene Sicherheitslücken wie Schattenbereiche bei Scanner-Feldern oder Hintertretflächen werden so rechtzeitig erkannt. Sie lassen sich noch im 3D-Modell durch Anpassen oder Ergänzen geeigneter Sicherheitsmaßnahmen schließen. Ist das – übrigens herstellerneutrale – Sicherheitskonzept verabschiedet, wird per Mausklick die zum 3D-Modell der Maschine passende Stückliste für die Beschaffung der Hardware erstellt.

Virtuelle Begehungen erleichtern sicheren Maschinenumbau

Der 3D-Scan beseitigt die beschriebenen Hemmnisse für ein effizientes Safety-Retrofit von Bestandsmaschinen nahezu vollständig. Die Lasermessung vereinfacht das Erheben und Verarbeiten von Maschinendaten erheblich. Vor-Ort-Begehungen werden dadurch deutlich kürzer und sind seltener erforderlich. Große Entfernungen und Zeitverschiebungen sind kein Problem mehr, weil die Verantwortlichen sich über die online vorliegende vorgeschlagene Lösung überall und zu jeder Tageszeit per Telefonkonferenz abstimmen können. Missverständnisse oder Fehlinterpretationen hinsichtlich sicherheits- und bedientechnischer Aspekte lassen sich so großteils an der digitalisierten Maschine klären. Sie müssen dann später bei der Integration und Inbetriebnahme nicht durch aufwändige und ungeplante Anpassungen vor Ort gelöst werden. All dies verkürzt die Retrofit-Projektlaufzeit.
Zudem lernen alle am Projekt Beteiligten durch die virtuelle Anlagenbegehung die spätere Maschine kennen. Gerade bei Bedienern erhöht dies die Akzeptanz von Umbaumaßnahmen und senkt damit das Risiko von ­Manipulationen der Sicherheitstechnik.

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