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



  • Neues Mitglied in der Geschäftsführung

    Neues Mitglied in der Geschäftsführung

    Mit der Berufung von Sarah Bäumchen in die Geschäftsleitung baut der ZVEI seine Führungsspitze aus. Bäumchen soll darüber hinaus das Berliner Büro des Verbands leiten.

    mehr lesen: Neues Mitglied in der Geschäftsführung

  • 5 wichtige Faktoren

    5 wichtige Faktoren

    Die fortschreitende Digitalisierung macht Cyber-Angriffe für Unternehmen zunehmend geschäftskritisch. Sicherheitslücken nutzen Cyber-Kriminelle gezielt für ihre mehrstufigen Attacken.

    mehr lesen: 5 wichtige Faktoren

  • Rockwell Automation gibt neue Initiative bekannt

    Rockwell Automation gibt neue Initiative bekannt

    Rockwell Automation hat neue Investitionen bekannt gegeben, mit denen die Cybersecurity-Angebote für Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) erweitert werden.

    mehr lesen: Rockwell Automation gibt neue Initiative bekannt

  • Lösungen für Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion

    Lösungen für Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion

    Im Projekt ‚Datenfabrik.NRW‘ erarbeiten vier Fraunhofer-Institute (Entwurfstechnik Mechatronik IEM, Materialfluss und Logistik IML, Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB und Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS) Anwendungen für den Einsatz von künstlicher…

    mehr lesen: Lösungen für Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion

  • Was Unternehmen beim KI-Einsatz heute anders machen würden

    Was Unternehmen beim KI-Einsatz heute anders machen würden

    Nahezu die Hälfte der für eine Reichelt Elektronik-Studie befragten Unternehmen würde Implementierung von künstlicher Intelligenz nach heutigem Stand anders angehen. Beispielsweise würden sie Mitarbeiter stärker einbeziehen.

    mehr lesen: Was Unternehmen beim KI-Einsatz heute anders machen würden

  • Softwarebasis für flexiblere Automobilfertigung

    Softwarebasis für flexiblere Automobilfertigung

    Um Produktionssysteme in der Automobilindustrie schneller, flexibler und effizienter zu gestalten soll im Forschungsprojekt ’Software-Defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie (SDM4FZI)‘ eine neue technologische Grundlage entwickelt werden.

    mehr lesen: Softwarebasis für flexiblere Automobilfertigung

  • Wieder mehr Kurzarbeit im November

    Wieder mehr Kurzarbeit im November

    Erstmals seit Februar ist die Zahl der Kurzarbeitenden in Deutschland wieder gestiegen. Wie das Ifo Institut mitteilt, waren im November 10.000 Beschäftigte mehr in Kurzarbeit als noch im Oktober.

    mehr lesen: Wieder mehr Kurzarbeit im November

  • Datasensing geht an den Start

    Datasensing geht an den Start

    Zum Jahreswechsel geht das Unternehmen Datasensing an den Start. Das Unternehmen entsteht aus dem Zusammenschluss von Micro Detectors und dem Datalogic-Geschäftsbereich ‘Sensor & Safety and Machine Vision‘.

    mehr lesen: Datasensing geht an den Start

  • Unternehmen setzen auf Individualsoftware

    Unternehmen setzen auf Individualsoftware

    Jedes Unternehmen hat andere Bedürfnisse, wenn es um den Einsatz von Software geht. Standardlösungen können dies oftmals nicht ausreichend abbilden. Daher setzt laut einer Techconsult-Studie jedes zweite Unternehmen auf Individualsoftware.

    mehr lesen: Unternehmen setzen auf Individualsoftware

  • Allgeier erwirbt Mehrheit an Evora IT Solutions

    Allgeier erwirbt Mehrheit an Evora IT Solutions

    Allgeier übernimmt Evora IT Solutions, einen Spezialisten für Kundenservice- und Instandhaltungslösungen. Damit will Allgeier seine SAP- und ServiceNow Beratung ausbauen.

    mehr lesen: Allgeier erwirbt Mehrheit an Evora IT Solutions

  • Zu wenig sozialer Kontakt im Homeoffice

    Zu wenig sozialer Kontakt im Homeoffice

    Wo ist die Arbeitsbelastung höher – im Büro oder im Homeoffice? Dieser Frage ist die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung nachgegangen und hat im Rahmen einer Studie ermittelt, dass die Arbeitsbelastung nicht…

    mehr lesen: Zu wenig sozialer Kontakt im Homeoffice

  • Arbeitslosigkeit sinkt langsamer

    Arbeitslosigkeit sinkt langsamer

    Trotz des dritten Rückgangs in Folge verbleibt das IAB-Arbeitsmarktbarometer noch auf einem hohen Niveau. Einen größeren Rückschlag durch die vierte Pandemie-Welle erwarten die Experten des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung…

    mehr lesen: Arbeitslosigkeit sinkt langsamer