Lernen von digitalen Zwillingen im Omnibusbau

309825 443534 1
Bild: ©胜 张/stock.adobe.com

Die Berater von McKinsey beschreiben den digitale Zwilling so: ‚Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Nachbildung des Verhaltens eines Systems in seiner Betriebsumgebung.‘ Dabei kann es sich um ein Produkt, einen Fertigungsprozess oder eine ganze Lieferkette handeln. Nach McKinsey kombinieren digitale Zwillinge mehrere Arten von Modellen und verarbeiten Daten aus verschiedenen Quellen. Dadurch können sie eine bessere Annäherung an ein reales Objekt bieten als herkömmliche Simulationsansätze.

Digitale Zwillinge im Omnibusbau

In der Fertigungsindustrie gilt: Produkte müssen individuelle Kundenwünsche erfüllen können. Die Fertigung muss sowohl hohe Stückzahlen als auch kleine Mengen herstellen können. Digitale Doppelgänger können innerhalb solcher Fertigungsnetzwerke in verschiedenen Formaten nützlich sein. Daran wird im BMWK-geförderten Forschungsprojekt TwinMap gearbeitet. Dort sollen digitale Zwillinge für die Teilefertigung im Omnibusbau entstehen, die einen heterogenen Maschinenpark, den Wertstrom und die Lieferkette berücksichtigen. Als Verbundpartner mit dabei sind unter anderem Daimler Truck (Daimler Buses), Trumpf, IFAK sowie Forcam Enisco.

Niedrige Stückzahlen, viele Varianten

Bei der Fertigung von Bussen müssen Bauteile in niedrigen Stückzahlen und vielen Varianten hergestellt werden. Am Beispiel der Busfertigung von Daimler Buses ist es die Aufgabe von TwinMap, das Zusammenspiel von heterogenen Maschinen und unterschiedlichen Fertigungsverfahren zu optimieren und die Auswirkungen neuer Technologien zu testen – vom 3D-Druck bis hin zur spanenden Bearbeitung. Auf einer IT-Plattform soll weiterhin das Zusammenspiel von Maschinen und Prozessen optimiert und die Auswirkungen neuer Technologien vorhersehbar gemacht werden. Die Digitalisierung und Vernetzung von Maschinen und Prozessen auf der IT-Plattform soll ausschließlich auf Basis von Standards erfolgen.

Maschinen standardisiert anbinden?

Dazu werden Submodelle für das sogenannte Onboarding von Maschinen (Assets) entwickelt, darunter die Submodelle Typenschild, signaltechnisches Abbild und Signalkomposition. Die Submodelle sollen eingebettet sein in den AAS-Ansatz, die Asset Administration Shell, oder Verwaltungsschale. Vereinfacht gesagt handelt es sich beim AAS-Ansatz um eine digitale Akte einer Maschine: Eine einheitlich standardisierte Datenstruktur, die wichtige Maschinendaten bereithält, welche bislang meist in verschiedenen Systemen verstreut abliegen, also Hersteller, Typ, Steuerungssoftware, Schnittstellen und so weiter. Mit der Verfügbarkeit der Daten an zentraler Stelle soll das Konfigurieren und Vernetzen der Maschine mit IT-Systemen schneller und einfacher werden.

Der kleinste gemeinsame Nenner

In der Minimalausführung enthält die AAS für eine Maschinenakte das digitale Typenschild (Digital Name Plate – DNP): Hersteller, Maschinentyp, Jahrgang, Seriennummer. Das klingt zehn Jahre nach dem VDMA-Einheitsblatt 66412 nach nicht viel, ist aber ein Anfang. Im Projekt TwinMap sollen folgende Submodelle entstehen:

  • Schnittstellen,
  • Signalort (Normierung),
  • Prozessdaten (Energie etc.),
  • Standort der Maschine.

Wären diese Submodelle zusätzlich zum digitalen Typenschild definiert und würden von den Herstellern der Maschinen mitgeliefert, ließen sich Maschinen künftig in wenigen Minuten digital anbinden. Auch die International Digital Twin Association (IDTA) und die Open Industry 4.0 Alliance sind auf breiter Front und überregional mit dem Thema unterwegs.

Digitale Abbilder für Produkte und Prozesse

In der Fertigung werden grundsätzlich zwei Ebenen von digitalen Zwillingen benötigt:

  • Auf der Produktebene sind vor allem 2D- und 3D-Modelle im Einsatz, die detailliert ein animiertes Produktdesign zeigen. So können Kosten für Prototypen eingespart werden. Nach einer McKinsey-Umfrage konnten Entwicklungszeiten um bis zu 50 Prozent reduziert werden, die Herstellung teurer Prototypen entfiel, durch bessere Features konnte der Verkauf gesteigert werden.
  • Auf der Prozessebene bilden digitale Zwillinge die Abläufe und Medienverbräuche einer Produktion in Echtzeit ab. Heute lassen sich Prozesse von klein bis groß auf Dashboards, Plantafeln und Werkerterminals analysieren. Diese meist durch das MES hergestellte Transparenz hilft, Störungen schnell zu beseitigen.

Digitale Zwillinge orchestrieren

Ein Manufacturing Execution System (MES) bildet die Drehscheibe für Daten aus unterschiedlichen Anwendungen und kann ebenfalls digitale Zwillinge ausliefern. Etwa über die MES-Funktion Rückverfolgbarkeit (Traceability): Diese kann als digitaler Zwilling eines Produktionsprozesses verstanden werden, weil sie darauf ausgerichtet ist, Herstellungsprozesse vollständig aufzuzeichnen. Es lässt sich genau nachvollziehen, was durch wen wann und wie gefertigt wurde. Gleiches gilt für die beiden MES-Funktionalitäten Energiemonitoring und Leistungsanalysen. Medienverbräuche wie Strom und Wasser oder die Gesamtanlageneffektivität OEE aus Verfügbarkeit, Leistung und Qualität lassen sich digital messen und optimieren – orchestriert auf einer MES-Plattform.

Autor:

Dr. Alexander Schließmann ist Lead Value Engineer der Forcam Enisco GmbH



  • Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

    Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

    Produzierende Unternehmen müssen heute mit vielschichtigen Herausforderungen umgehen. Dazu gehören unter anderem Stückzahlbandbreiten von der Losgröße 1 bis zu größeren Serien und nicht zuletzt der Umgang mit Verzögerungen und Ausfällen…

    mehr lesen: Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

  • Unternehmen halten am Homeoffice fest

    Unternehmen halten am Homeoffice fest

    Durch die Corona-Pandemie haben sich Homeoffice-Modelle in deutschen Unternehmen etabliert. Und wie eine ZEW-Studie zeigt, erwarten Firmen sogar einen weiteren Anstieg des Angebots.

    mehr lesen: Unternehmen halten am Homeoffice fest

  • Siemens erweitert Vorstand

    Siemens erweitert Vorstand

    Siemens hat Personalentscheidungen auf Vorstandsebene verkündet und den Vorstand des Konzern von fünf auf sieben Vorstandsmitglieder erweitert.

    mehr lesen: Siemens erweitert Vorstand

  • Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

    Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

    Knapp die Hälfte (46 Prozent) der Deutschen hat schon einmal einen KI-Chatbot verwendet – und pflegt dabei unterschiedliche Umgangsformen.

    mehr lesen: Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

  • GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

    GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

    Am 25. September lädt der MES-Spezialist GBO Datacomb ins Sacher Hotel Wien zur Veranstaltung ’We move it’ ein. Das Thema: Digitalisierung in der Produktion.

    mehr lesen: GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

  • Quantencomputer entwickeln sich schneller als erwartet

    Quantencomputer entwickeln sich schneller als erwartet

    Etwa die Hälfte der für eine QuEra-Studie befragten Fachleute aus Wissenschaft, Forschung und Industrie glauben, dass Quantencomputer schneller als erwartet Fortschritte machen. 40 Prozent sind sogar der Meinung, dass sie…

    mehr lesen: Quantencomputer entwickeln sich schneller als erwartet

  • Inform holt Thomas Kirn an Bord

    Inform holt Thomas Kirn an Bord

    Inform hat mit Thomas Kirn einen neuen Vertriebsverantwortlichen. Er soll u.a. die Vertriebsleitung für den Geschäftsbereich Workforce Management übernehmen.

    mehr lesen: Inform holt Thomas Kirn an Bord

  • Stimmung in der Automobilindustrie verdüstert sich weiter

    Stimmung in der Automobilindustrie verdüstert sich weiter

    Nach bereits trüber Stimmung im Vormonat hat sich das Geschäftsklima in der Automobilindustrie erneut verschlechtert.

    mehr lesen: Stimmung in der Automobilindustrie verdüstert sich weiter

  • Reichelt Elektronik expandiert nach Spanien und Irland

    Reichelt Elektronik expandiert nach Spanien und Irland

    Reichelt Elektronik intensiviert seine Aktivitäten in Europa und erweitert den Webshop um Irland und Spanien.

    mehr lesen: Reichelt Elektronik expandiert nach Spanien und Irland

  • Ocean Shipping Index zeigt Anstieg der Lieferzeiten

    Ocean Shipping Index zeigt Anstieg der Lieferzeiten

    Wetter, geopolitische Konflikte oder überlastete Häfen beeinträchtigen den Welthandel. Die Folge: Transitzeiten auf dem Seeweg haben sich laut Ocean Shipping Index für das zweite Quartal im Vergleich zum Vorjahreszeitraum um…

    mehr lesen: Ocean Shipping Index zeigt Anstieg der Lieferzeiten

  • Eplan Network geht wieder auf Tour

    Eplan Network geht wieder auf Tour

    Im September startet die jährliche Roadshow von Eplan durch acht Städte in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

    mehr lesen: Eplan Network geht wieder auf Tour

  • Rahmenprogramm Nachwuchs und Fachkräfte

    Rahmenprogramm Nachwuchs und Fachkräfte

    Die Fachkräftesicherung bleibt eine zentrale Herausforderung in der Metallbearbeitungsbranche und bedarf einer konsequenten qualifizierten Nachwuchsförderung.

    mehr lesen: Rahmenprogramm Nachwuchs und Fachkräfte