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



  • Open Community Experience feiert Premiere in Mainz

    Open Community Experience feiert Premiere in Mainz

    Vom 22. bis 24. Oktober 2024 feiert die OCX in Mainz Premiere und bringt Open Source Communities zusammen. Der Fokus der Veranstaltung liegt auf den Bereichen Automotive und Mobility, Development…

    mehr lesen: Open Community Experience feiert Premiere in Mainz

  • Stehen humanoide Roboter bald am Fließband?

    Stehen humanoide Roboter bald am Fließband?

    Humanoide Roboter könnten ab 2025 serienreif sein. Das prognostiziert die Managementberatung Horváth und geht weiter davon aus, dass sich mit diesen Robotern mehr als 50 Prozent der manuellen Tätigkeiten automatisieren…

    mehr lesen: Stehen humanoide Roboter bald am Fließband?

  • Mehr Cyberangriffe, weniger Plagiatsfälle

    Mehr Cyberangriffe, weniger Plagiatsfälle

    Rund ein Viertel der Maschinen- und Anlagenbauer berichtet von signifikanten Cybersicherheitsvorfällen in den vergangenen zwei Jahren. Plagiatsfälle gingen in diesem Zeitraum hingegen zurück.

    mehr lesen: Mehr Cyberangriffe, weniger Plagiatsfälle

  • Stand der OT-Sicherheit

    Stand der OT-Sicherheit

    Ein neuer Bericht von ABI Research und Palo Alto Networks über den Stand der OT-Sicherheit hat ergeben, dass im vergangenen Jahr eines von vier Industrieunternehmen angab, seinen Betrieb aufgrund eines…

    mehr lesen: Stand der OT-Sicherheit

  • Forschungsbeirat und Plattform Industrie 4.0 bleiben bei 4.0

    Forschungsbeirat und Plattform Industrie 4.0 bleiben bei 4.0

    Im Rahmen der Hannover Messe 2024 haben der Forschungsbeirat Industrie 4.0 sowie die Plattform Industrie 4.0 Stellung zum Umgang mit dem Begriff ‚Industrie 5.0‘ genommen.

    mehr lesen: Forschungsbeirat und Plattform Industrie 4.0 bleiben bei 4.0

  • Maschinenbau rechnet nicht mit Konjunkturerholung

    Maschinenbau rechnet nicht mit Konjunkturerholung

    Besorgt blicken die Entscheidungsträger im Maschinen- und Anlagenbau auf die konjunkturelle Entwicklung in Deutschland.

    mehr lesen: Maschinenbau rechnet nicht mit Konjunkturerholung

  • Sprint zur Cyber Resilience Act-Konformität

    Sprint zur Cyber Resilience Act-Konformität

    Wie erfüllt Open Source Software die Anforderungen des europäischen Cyber Resilience Act? Auf Basis etablierter Prozesse wollen die Apache Software Foundation, die Blender Foundation, die OpenSSL Software Foundation, die PHP…

    mehr lesen: Sprint zur Cyber Resilience Act-Konformität

  • Wie KI und Mensch im Team zusammenarbeiten

    Wie KI und Mensch im Team zusammenarbeiten

    In einer neuen Expertise mit dem Titel ‘künstliche Intelligenz und industrielle Arbeit’ des Forschungsbeirats Industrie 4.0 zeigen das Fraunhofer IEM und das Fraunhofer IML Gestaltungsoptionen und Handlungsfelder auf, wie KI…

    mehr lesen: Wie KI und Mensch im Team zusammenarbeiten

  • VDMA: -7% für europäische Bildverarbeitungsindustrie

    VDMA: -7% für europäische Bildverarbeitungsindustrie

    Basierend auf den neuesten VDMA-Umfragen, verzeichnete die europäische Bildverarbeitungsindustrie 2023 einen Umsatzrückgang von 7%. Die VDMA Fachabteilung Machine Vision rechnet mit einem weiteren Umsatzrückgang von 3% für das laufende Jahr.

    mehr lesen: VDMA: -7% für europäische Bildverarbeitungsindustrie

  • Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

    Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

    Manufacturing-X ist vielen Unternehmen zwar ein Begriff. Allerdings haben sich bisher die meisten Industrieunternehmen noch nicht näher mit dem Datenökosystem befasst.

    mehr lesen: Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

  • 159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

    159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

    Die Zahl der offenen Stellen in Ingenieurberufen bewegt sich im vierten Quartal 2023 weiter auf hohem Niveau. Besonders Berufsfelder mit Klimaschutz- und Digitalisierungsbezug weisen im aktuellen VDI/IW-Ingenieurmonitor eine hohe Engpasskennziffer…

    mehr lesen: 159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

  • Infosys übernimmt In-tech

    Infosys übernimmt In-tech

    In-Tech wird Teil von Infosys. Dies gaben die Unternehmen am Donnerstag bekannt. Der Abschluss der Übernahme wird für das zweite Quartal 2024 erwartet.

    mehr lesen: Infosys übernimmt In-tech