Lean Construction im Anlagenbau

Der Autor: Simon Benett Senior Product Business Manager, Aveva

Lean Manufacturing ergab sich im Zuge des industriellen Wiederaufbaus im Japan der 1950er-Jahre als reine Notwendigkeit. Voraussetzung dafür war allerdings der schnelle Werkzeugwechsel. Damit war ein effizienter, flexibler Ansatz und eine ganzheitliche Geschäftsphilosophie möglich. Heute verstehen wir zwar die Lean-Philosophie, doch der Prozess lässt sich nicht von der Massenfertigung auf einmalige Bauprojekte übertragen. Im Anlagenbau sucht man nach wie vor nach einem bahnbrechenden Konzept.

Angesichts der enormen Herausforderungen, vor denen der Anlagenbau steht – zunehmende Nachfrage und schnellere Umsetzung immer umfangreicherer, komplexerer Projekte – hat Aveva eng mit führenden Kunden zusammengearbeitet, um spezifische Problembereiche zu identifizieren und zu quantifizieren. Es zeigte sich, dass die größte Hürde der vielfach offene Ansatz der Projektumsetzung war. Löste man dieses Problem, würde sich die Tür zur Entwicklung eines Lean-Construction-Ansatzes öffnen. Die Frage lautete also: „Wie schließen wir die Feedbackschleife zwischen Planung, Fertigung und Konstruktion?“ Die wesentliche Schwierigkeit besteht darin, dass Design und Projektplanung sogenannte Push-Prozesse sind. Ingenieure und Planer sagen den Produktions- und Konstruktionsteams, wie etwas gemacht werden soll. In der Praxis laufen jedoch nur wenige Aufgaben genau nach Plan und ganz ohne aktive Eingriffe. Das Feedback an die Planungsabteilungen erfolgt dann üblicherweise als Krisenmanagement, wenn etwas vor Ort nicht passt.

Die Antwort auf diese Frage wurde erst kürzlich gefunden – in Form von 3-D-Laservermessungssystemen und leistungsfähiger Software, die die so ermittelten Daten auswertet. Die Hälfte der Antwort liegt in der Leistungsfähigkeit, dem vergleichsweise günstigen Preis und der Benutzerfreundlichkeit der Scanner selbst. Inzwischen gibt es einige hervorragende, tragbare Systeme verschiedener Anbieter und eine breite Auswahl an Serviceprovidern. 3-D-Daten lassen sich somit an jedem Punkt der Fertigungs- und Konstruktionskette erheben. Die andere Hälfte der Antwort findet man in der neuesten Generation von 3-D-Anlagenplanungs-Software: Aveva Everything3D (Aveva E3D). Damit lassen sich 3-D-Laserscans bestehender Anlagen mit dem 3-D-Design in ein- und derselben Umgebung integrieren.

Berücksichtigt man dann noch die einfache Nutzung und den relativ moderaten Preis für das Scannen aller Bestandteile einer Konstruktion – einzelne Rohre, größere Baugruppen oder Installationen vor Ort –, dann lässt sich der Feedbackkreis über den gesamten Prozess aus Planung/Fertigung/Konstruktion schließen. Die Planung ist damit keine Einbahnstraße mehr, sondern erfolgt als kontinuierliche Zusammenarbeit mit der Konstruktion.

Da sich Anlagenprojekte durch ein hohes Maß simultaner Arbeiten mit umfassenden Überschneidungen der verschiedenen Phasen auszeichnen, sind Nacharbeiten und Problemlösungen extrem zeitaufwendig – und genau das ist der Grund für Budgetüberschreitungen. Entfällt die Notwendigkeit von Nacharbeit, dann lässt sich der Zeitplan besser einhalten. Das Resultat sind kürzere, hochwertigere und weniger kostenintensive Projekte.

Aveva E3D bietet die Möglichkeit, mithilfe von Laserscans Feedback an den wichtigsten Prozesspunkten zu erstellen. So kann ein Rohrhersteller mit Laserscans die Einhaltung der Vorgaben jedes einzelnen Teils prüfen, erforderliche Korrekturen am Produktionsprozess vornehmen und das gescannte Modell zusammen mit den üblichen Zertifizierungsdokumenten übergeben. In der nächsten Phase wäre eine Abweichung von der Planung schon schwieriger: Ein Rohr kann man verschrotten und neu anfertigen, die Neuerstellung eines großen Moduls ist hingegen teurer und zeitaufwendiger. Verbindet man hier das detaillierte, eingescannte 3-D-Modell direkt mit der Designumgebung, lassen sich anhand umfassender Informationen die richtigen Korrekturen vornehmen. Vielleicht ist auch die Anpassung anderer Elemente im Planungszustand erforderlich, die noch nicht zur Produktion freigegeben wurden, um Diskrepanzen zu beheben.

Daran erkennt man, dass dieser Prozess in Zukunft zu einem festen Bestandteil der gesamten Konstruktionsabfolge wird. Engineering-Unternehmen können passende Workflows entwickeln, um Korrekturen effektiver zu planen und damit den Projektzeitplan einzuhalten. Es ergeben sich jedoch noch weitere Vorteile. So ist es möglich, die einzelnen Bilder im Zuge des Projekts zu aggregieren, sodass der Bauunternehmer ein präzises 3-D-Modell der Anlage im Istzustand übergeben kann. Hier ist auch ein schrittweises Reverse Engineering denkbar, mit dem ein intelligentes Bestandsmodell erzeugt wird, das für das Management des Anlagenlebenszyklus von erheblichem Nutzen ist.

Laserscanning bedeutet zudem die Möglichkeit, die zahlreichen kleinen Rohrsegmente in das Bestandsmodell zu integrieren, die üblicherweise erst vor Ort erstellt und im Entwurfsmodell nicht berücksichtigt werden. Das mag für den Bauunternehmer praktisch sein, kann jedoch schwerwiegende Folgen für den Anlagenbetrieb haben. Lean Construction bietet genau wie die schlanke Fertigung zahlreiche qualitative Vorteile dieser Art.

Aveva E3D schließt den Feedbackkreis und verändert dadurch die Projektdurchführung im Anlagenbau. Doch die Lösung bietet noch deutlich mehr. Ein Kritikpunkt, der in der Branche immer wieder vorgebracht wird, lautet: „Projekteinrichtung und Systemverwaltung sind viel zu zeitintensiv.“ E3D bietet auch in dieser Hinsicht deutliche Verbesserungen. So kann der Projektstart von mehreren Wochen auf wenige Tage verkürzt werden, der Administrationsaufwand wird deutlich reduziert. Zudem lassen sich bestehende Entwürfe leichter wiederverwenden, was ebenfalls Zeit und Kosten spart. Es ist klar, dass kürzere Anlaufzeiten und Lean Construction zu einem schnelleren Projektabschluss und damit zu finanziellen Vorteilen für den Anlagenbetreiber führen.

Global gesehen steht die Engineering-Branche heute vor einem Fachkräftemangel. Erfahrenes Personal geht in den Ruhestand, neue Mitarbeiter müssen erst eingearbeitet werden, bevor sie wirklich produktiv sind. Bei der Entwicklung von Aveva E3D wurde auch an dieses Problem gedacht. So sorgen verschiedene Funktionen dafür, dass die Anlagenplanung einfacher und intuitiver wird. Durch bewährte Methoden ist die Oberfläche von E3D leicht zu erlernen. Häufige Aufgaben lassen sich einfach und schnell durchführen und der Benutzer kann die Oberfläche entsprechend seinen eigenen Anforderungen und Präferenzen konfigurieren. Das erweiterte 3D-Rendering wurde speziell für die Anforderungen von Anlagenplanern optimiert. Subtile optische Anhaltspunkte erleichtern die genaue Positionierung von Objekten im 3-D-Modell und liefern eine Schärfentiefe, die von herkömmlichen Anlagenplanungsprodukten nicht erreicht wird.

Auch für den Fachkräftemangel gibt es – zumindest eine partielle – Lösung: die umfassendere Verankerung von Regeln und Best Prac- tices. Angeboten werden diese als eine Art Beratung, nicht als Vorschrift. Der Benutzer kann jederzeit einen anderen Entwurf wählen, das System markiert diesen dann jedoch, bis dass er korrigiert wird. So lässt sich deutlich flexibler arbeiten als mit einem starren Ansatz, der nur eine konstruktive Lösung zulässt, die allen Anforderungen entspricht. Die Möglichkeit, abweichende Entwürfe zu erstellen, sorgt also für eine effiziente Entwicklung der Planung von einem groben ersten Entwurf bis hin zum genehmigten letzten Stand. Hinzu kommt: Die Markierung von Punkten, die nicht allen Anforderungen genügen, einschließlich einer entsprechenden Begründung, unterstützt das „Learning by Doing“. So versteht der Anwender nach und nach, warum bestimmte Funktionen abgelehnt werden.

Lean Construction wird zukünftig für den weltweiten Anlagenbau eine entscheidende Rolle spielen. Daher haben die Entwickler dafür gesorgt, dass E3D einfach implementiert werden kann. Es lässt sich – sogar für ein und dasselbe Projekt – zusammen mit Aveva PDMS einsetzen. Die Lösung wurde so konzipiert, dass die Risiken im Zusammenhang mit der Migration auf neue Produkte während der Projektumsetzung minimiert werden. Daher kann man E3D jederzeit zusätzlich zu PDMS einführen. So sind wichtige, in PDMS angelegte Planungsdaten auch in Aveva E3D sicher aufgehoben.

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