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



  • Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

    Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

    Seit November vergangenen Jahres fungiert Graham Smith als Interims-CEO bei Splunk. Ab April soll nun Gary Steele die Geschicke des Datenanalyse-Spezialisten leiten.

    mehr lesen: Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

  • Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

    Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

    Zum Höhepunkt der Omikron-Welle im Februar ist der Homeoffice-Anteil im Vergleich zum Januar annähernd gleich geblieben und blieb nach Angaben des Ifo Instituts rund drei Prozentpunkte unter dem Höchstwert aus…

    mehr lesen: Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

  • Maschinenbauer starten mit Auftragsplus ins neue Jahr

    Maschinenbauer starten mit Auftragsplus ins neue Jahr

    Mit einem Auftragsplus von real 19 Prozent im Januar sind die Maschinen- und Anlagenbauer in das neue Jahr gestartet. Positive Signale kamen dabei sowohl aus dem Aus- als auch aus…

    mehr lesen: Maschinenbauer starten mit Auftragsplus ins neue Jahr

  • Heller beteiligt sich an IGH Infotec

    Heller beteiligt sich an IGH Infotec

    Der Werkzeugmaschinenbauer Heller beteiligt sich an IGH Infotec. Dadurch soll die langjährige Zusammenarbeit beider Unternehmen intensiviert werden.

    mehr lesen: Heller beteiligt sich an IGH Infotec

  • Gedruckte Funktionalität für 3D-Objekte

    Gedruckte Funktionalität für 3D-Objekte

    Das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS befasst sich mit Drucktechnologien zur Funktionalisierung von 3D-Objekten. Die Anwendungen reichen von der Kontaktierung einzelner Mikrochips in Elektroniksystemen bis zu großflächigen Heizstrukturen für Sitze.

    mehr lesen: Gedruckte Funktionalität für 3D-Objekte

  • Marina Bill wird IFR-Vizepräsidentin

    Marina Bill wird IFR-Vizepräsidentin

    Marina Bill ist mit sofortiger Wirkung neue Vizepräsidentin der International Federation of Robotics. Sie soll die IFR gemeinsam mit Präsident Milton Guerry vertreten.

    mehr lesen: Marina Bill wird IFR-Vizepräsidentin

  • Nachhaltiger Wirtschaften mit nachhaltiger KI

    Nachhaltiger Wirtschaften mit nachhaltiger KI

    Künstliche Intelligenz (KI) kann zu einer nachhaltigeren Ausrichtung von Wirtschaft und Gesellschaft beitragen. Allerdings ist der Energieverbrauch der KI-Systeme selbst oft hoch. Ein Whitepaper der Plattform Lernende Systeme soll daher…

    mehr lesen: Nachhaltiger Wirtschaften mit nachhaltiger KI

  • Materna übernimmt Virtual Solution

    Materna übernimmt Virtual Solution

    Mit der Übernahme des Münchner Software-Unternehmens Virtual Solution will die Materna-Gruppe die eigene Position als Lösungsanbieter für die öffentliche Verwaltung stärken.

    mehr lesen: Materna übernimmt Virtual Solution

  • Von neuen Einsatzfeldern bis zu KI

    Von neuen Einsatzfeldern bis zu KI

    Mit rund drei Millionen Einheiten hat der weltweite Bestand an Industrie-Robotern einen neuen Rekord erreicht. Die International Federation of Robotics nimmt 5 Trends in den Blick, die die Robotik im…

    mehr lesen: Von neuen Einsatzfeldern bis zu KI

  • Altsysteme Industrie 4.0-tauglich machen

    Altsysteme Industrie 4.0-tauglich machen

    In der Regel beginnen Unternehmen bei der Digitalisierung ihrer Produktion nicht auf der grünen Wiese. Viel eher geht es um die Umrüstung und Einbindung verschiedenster Legacy-Systeme in digitalisierte Workflows. Der…

    mehr lesen: Altsysteme Industrie 4.0-tauglich machen

  • Frans Scheper verantwortet EMEA-Geschäft bei Intel

    Frans Scheper verantwortet EMEA-Geschäft bei Intel

    Frans Scheper ist neuer General Manager und President EMEA beim Chip-Hersteller Intel. Er leitet somit das Gesamtgeschäft des Unternehmens in der Region.

    mehr lesen: Frans Scheper verantwortet EMEA-Geschäft bei Intel

  • Materialmangel verschärft sich wieder

    Materialmangel verschärft sich wieder

    Nach einer Entspannung im Januar, klagten im Februar wieder mehr Unternehmen über Probleme bei der Materialbeschaffung. Über alle Industriezweige hinweg berichten rund 75 Prozent von Engpässen.

    mehr lesen: Materialmangel verschärft sich wieder