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



  • Bosch und Microsoft erarbeiten Einsatzmöglichkeiten generativer KI im Auto

    Bosch und Microsoft erarbeiten Einsatzmöglichkeiten generativer KI im Auto

    Gemeinsam mit Microsoft will Bosch generative KI ins Auto bringen, etwa um die Sicherheit für Verkehrsteilnehmer zu erhöhen. Beide Unternehmen wollen zunächst Möglichkeiten der Zusammenarbeit ergründen.

    mehr lesen: Bosch und Microsoft erarbeiten Einsatzmöglichkeiten generativer KI im Auto

  • T-Systems ernennt Christine Knackfuß-Nikolic zur CTO

    T-Systems ernennt Christine Knackfuß-Nikolic zur CTO

    Christine Knackfuß-Nikolic wechselt von der Telekom zu T-Systems und wird dort ab März die Position der CTO übernehmen.

    mehr lesen: T-Systems ernennt Christine Knackfuß-Nikolic zur CTO

  • Prozessdampf nachhaltiger machen

    Prozessdampf nachhaltiger machen

    Für technische Produktionsprozesse, etwa in der chemischen Industrie, kommt zur Wärmeversorgung sogenannter Prozessdampf zum Einsatz. Für die Dampferzeugung werden bisher zumeist fossile Brennstoffe verwendet. Ein Forschungsprojekt will diesen Prozess nun…

    mehr lesen: Prozessdampf nachhaltiger machen

  • Autocrypt und MicroNova arbeiten zusammen

    Autocrypt und MicroNova arbeiten zusammen

    Im Rahmen einer strategischen Partnerschaft wollen die Unternehmen Autocrypt und MicroNova Testlösungen im Bereich der automobilen Cybersicherheit entwickeln.

    mehr lesen: Autocrypt und MicroNova arbeiten zusammen

  • Mehr Rechtssicherheit für die Cybersicherheitsforschung

    Mehr Rechtssicherheit für die Cybersicherheitsforschung

    Cybersicherheitsforschende können Datenschutzvorschriften oft nicht befolgen, da sie vor Beginn einer Forschungsaktivität nicht wissen, ob und welche personenbezogenen Daten sie genau verarbeiten werden.

    mehr lesen: Mehr Rechtssicherheit für die Cybersicherheitsforschung

  • Wibu-Systems lädt zum Informationstag

    Wibu-Systems lädt zum Informationstag

    Am 20. März 2024 veranstaltet Wibu-Systems einen Informationstag zum Thema IT-Security in der Fertigung.

    mehr lesen: Wibu-Systems lädt zum Informationstag

  • Mehr als 5.000 Besucher kamen zur Maintenance

    Mehr als 5.000 Besucher kamen zur Maintenance

    Mit einem Besucherzuwachs von 25 Prozent ziehen die Veranstalter der Messen Maintenance und Pumps & Valves ein positives Fazit und wollen die Veranstaltung auch im nächsten Jahr zeitgleich ausrichten.

    mehr lesen: Mehr als 5.000 Besucher kamen zur Maintenance

  • 8 von 10 Betrugsspezialisten wollen bis 2025 generative KI einsetzen

    8 von 10 Betrugsspezialisten wollen bis 2025 generative KI einsetzen

    Generative AI könnte in den nächsten Jahren eine zentrale Rolle bei der Betrugsbekämpfung spielen. So planen 83 Prozent der Teilnehmer am Anti-Fraud Technology Benchmarking Report, die Technologie innerhalb der nächsten…

    mehr lesen: 8 von 10 Betrugsspezialisten wollen bis 2025 generative KI einsetzen

  • Zero-Trust-Konzept für 5G-Campusnetze

    Zero-Trust-Konzept für 5G-Campusnetze

    Trend Micro hat auf dem Mobile World Congress 2024 in Barcelona einen plattformbasierten Ansatz zur Absicherung von 5G-Implementierungen vorgestellt. Für solche Produkte gründete der Anbieter letztes Jahr extra die Tochtergesellschaft…

    mehr lesen: Zero-Trust-Konzept für 5G-Campusnetze

  • Konsortium will Innovationen für die Klimaneutralität beschleunigen

    Konsortium will Innovationen für die Klimaneutralität beschleunigen

    Die EU strebt bis 2050 Klimaneutralität an. Das Projekt RISEnergy (Research Infrastructure Services for Renewable Energy) soll auf dem Weg dorthin die Entwicklung von Innovationen für erneuerbare Energien bis zur…

    mehr lesen: Konsortium will Innovationen für die Klimaneutralität beschleunigen

  • Pilotprojekt erforscht Kreislaufwirtschaft in der Fahrzeugproduktion

    Pilotprojekt erforscht Kreislaufwirtschaft in der Fahrzeugproduktion

    Wie eine nachhaltige und ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft für kleine und leichte Elektrofahrzeuge bzw. Leichtkraftfahrzeuge aussehen kann, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Bergischen Universität Wuppertal sowie der Hochschule Bochum im Projekt Pilot4CircuLEV.

    mehr lesen: Pilotprojekt erforscht Kreislaufwirtschaft in der Fahrzeugproduktion

  • VDI setzt Mentoringprogramm für ausländische Ingenieure auf

    VDI setzt Mentoringprogramm für ausländische Ingenieure auf

    Mit dem Projekt Xpand will der VDI ein Mentoring-Programm etablieren, das Ingenieure und Ingenieurinnen ausländischer Herkunft bei der Integration in den Arbeitsmarkt unterstützen soll.

    mehr lesen: VDI setzt Mentoringprogramm für ausländische Ingenieure auf