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J. Reisinger, M. Zahlbruckner, I. Kovacic, P. Kán, X. Wang-Sukalia, H. Kaufmann:
"Integrated multi-objective evolutionary optimization of production layout scenarios for parametric structural design of flexible industrial buildings";
Journal of Building Engineering, 46 (2021).

Aufgrund der Individualisierung von Produkten, der kundenspezifischen Anpassung und des raschen technologischen Fortschritts in der Fertigung müssen Produktionssysteme häufig neu konfiguriert und erweitert werden. Industriegebäude, die wechselnde Produktionsszenarien ermöglichen, erfordern flexible tragende Strukturen und eine kohärente Planung des Produktionslayouts und der Gebäudesysteme. Die derzeitige Produktionsplanung und Tragwerksplanung erfolgt jedoch meist sequenziell und die Daten und Modelle sind nicht interoperabel. In diesem Beitrag wird ein neuartiges parametrisch-evolutionäres Entwurfsverfahren zur automatischen Generierung und Optimierung von Produktionslayouts (PLGO) vorgestellt, das Layout-Szenarien erzeugt, die bei der Tragwerksplanung zu berücksichtigen sind. Die Ergebnisse einer State-of-the-Art-Analyse und einer Fallstudie werden kombiniert, um ein neuartiges Konzept integrierter Produktionswürfel und den Entwurfsraum für PLGO als Grundlage für ein parametrisches Produktionslayoutentwurfsverfahren zu entwickeln. Das Konzept der integrierten Produktionswürfel wird dann in ein parametrisches PLGO-Rahmenkonzept umgesetzt, das in einem Pilotprojekt einer Hygieneproduktionsanlage getestet wird, um das Rahmenkonzept zu bewerten und die definierten Einschränkungen und Ziele zu validieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass unser Rahmenwerk realisierbare Produktionslayoutszenarien hervorbringen kann, die Flexibilität und Gebäudeanforderungen berücksichtigen. In zukünftigen Forschungsarbeiten wird der Entwurfsprozess durch die Entwicklung eines evolutionären Mehrzieloptimierungsprozesses für Industriegebäude erweitert, um flexible Gebäudelösungen bereitzustellen, die eine Auswahl von mehreren priorisierten Produktionslayouts berücksichtigen können.

Due to product individualization, customization and rapid technological advances in manufacturing, production systems are faced with frequent reconfiguration and expansion. Industrial buildings that allow changing production scenarios require flexible load-bearing structures and a coherent planning of the production layout and building systems. Yet, current production planning and structural building design are mostly sequential and the data and models lack interoperability. In this paper, a novel parametric evolutionary design method for automated production layout generation and optimization (PLGO) is presented, producing layout scenarios to be respected in structural building design. Results of a state-of-the-art analysis and a case study are combined to develop a novel concept of integrated production cubes and the design space for PLGO as basis for a parametric production layout design method. The integrated production cubes concept is then translated into a parametric PLGO framework, which is tested on a pilot-project of a hygiene production facility to evaluate the framework and validate the defined constraints and objectives. Results suggest that our framework can produce feasible production layout scenarios which respect flexibility and building requirements. In future research the design process will be extended by the development of a multi-objective evolutionary optimization process for industrial buildings to provide flexible building solutions that can accommodate a selection of several prioritized production layouts.

Parametric modelling, Multi-objective optimization, Layout planning, Automated production layout generation, Evolutionary algorithm, Integrated industrial building design

http://dx.doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103766

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_298813.pdf