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



  • Wie AnoWatch Abweichungen erkennt

    Wie AnoWatch Abweichungen erkennt

    Das am Fraunhofer IWU entwickelte System AnoWatch hilft, Fehler auf Karosserieteilen zu erkennen. Das Besondere: Das System wird mit fehlerfreien Bauteilen angelernt.

    mehr lesen: Wie AnoWatch Abweichungen erkennt

  • Neuer CEO für Bentley Systems

    Neuer CEO für Bentley Systems

    Bentley Systems hat einen neuen CEO. Mit Nicholas Cumins übernimmt erstmals eine Führungskraft, die nicht aus der Bentley-Familie stammt, die Geschicke des CAD-Spezialisten.

    mehr lesen: Neuer CEO für Bentley Systems

  • Eplan feiert 40-jähriges Firmenjubiläum

    Eplan feiert 40-jähriges Firmenjubiläum

    1984 wurde das Elektro-Engineering aus der Taufe gehoben und damit auch die Software, die dem Unternehmen Eplan seinen Namen gab. Das 40-jährige Bestehen wurde nun mit einer Veranstaltung im Nationalen…

    mehr lesen: Eplan feiert 40-jähriges Firmenjubiläum

  • Inneo und Klietsch gehen Partnerschaft ein

    Inneo und Klietsch gehen Partnerschaft ein

    Nach mehreren Jahrzehnten der Zusammenarbeit gehen Inneo und die Ingenieurgemeinschaft Klietsch eine strategische Partnerschaft ein.

    mehr lesen: Inneo und Klietsch gehen Partnerschaft ein

  • Fachpack nimmt die EU-Verpackungsverordnung in den Fokus

    Fachpack nimmt die EU-Verpackungsverordnung in den Fokus

    Wenn die Fachpack vom 24. bis 26. September im Messezentrum Nürnberg stattfindet, gibt die Fachmesse Einblicke in alle relevanten Themen der Verpackungswirtschaft.

    mehr lesen: Fachpack nimmt die EU-Verpackungsverordnung in den Fokus

  • Maschinen- und Anlagenbau mit deutlichen Ordereinbußen

    Maschinen- und Anlagenbau mit deutlichen Ordereinbußen

    Im Mai lagen die Bestellungen im Maschinenbau um real 27 Prozent unter ihrem Vorjahreswert. Ein großer Teil des Rückgangs führt der VDMA auf einen Basiseffekt zurück, sieht aber im Ergebnis…

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbau mit deutlichen Ordereinbußen

  • Wie KI die Datensicherheit verbessert

    Wie KI die Datensicherheit verbessert

    Künstliche Intelligenz kann große Datenmengen schnell und präzise analysieren, um Muster und Anomalien zu erkennen. Das ist auch im Security-Bereich hilfreich. Forcepoint, ein Spezialist für IT-Sicherheit, nennt einige Beispiele, wie…

    mehr lesen: Wie KI die Datensicherheit verbessert

  • Mit KI Produktions- und Lieferketten optimieren

    Mit KI Produktions- und Lieferketten optimieren

    Im Forschungsprojekt VaStNet (Value Stream Optimization Networks) untersuchen SimPlan, Sieben Consulting-Training-System und die Hochschule RheinMain (HSRM), wie Planerinnen und Planer zukünftig KI-gestützt korrekte Wertströme mittels neuronaler Netze einfacher modellieren und…

    mehr lesen: Mit KI Produktions- und Lieferketten optimieren

  • Remira ernennt Ralph Hartwig zum Finanzchef

    Remira ernennt Ralph Hartwig zum Finanzchef

    Ralph Hartwig ist neuer CFO beim Softwareanbieter Remira. Das Führungsspitze des Unternehmens ist somit wieder komplett.

    mehr lesen: Remira ernennt Ralph Hartwig zum Finanzchef

  • Was macht eigentlich ein Softwaretester?

    Was macht eigentlich ein Softwaretester?

    Wenn ein Computer-Programm einen Fehlercode anzeigt oder gar nichts mehr geht, ist der Ärger groß. Um solche Probleme im Vorfeld zu erkennen und zu vermeiden, gibt Tester. Im Interview erklärt…

    mehr lesen: Was macht eigentlich ein Softwaretester?

  • Edag eröffnet Simulationszentrum

    Edag eröffnet Simulationszentrum

    Im Zero Prototype Lab der Edag Group in Wolfsburg können Kunden ihre Entwicklungen anhand von Simulatoren testen.

    mehr lesen: Edag eröffnet Simulationszentrum

  • Florian Jurecka leitet Vertrieb und Marketing bei Aucotec

    Florian Jurecka leitet Vertrieb und Marketing bei Aucotec

    Aucotec verstärkt die Führungsebene und bündelt damit seine Marketing- und Vertriebsaktivitäten. Diese verantwortet künftig Florian Jurecka.

    mehr lesen: Florian Jurecka leitet Vertrieb und Marketing bei Aucotec