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



  • Siemens und Merck kooperieren

    Siemens und Merck kooperieren

    Im Rahmen einer Partnerschaft wollen Siemens und Merck Vertrauen in Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) in industriellen Wertschöpfungsketten fördern.

    mehr lesen: Siemens und Merck kooperieren

  • Bitkom-Präsident Berg im Amt bestätigt

    Bitkom-Präsident Berg im Amt bestätigt

    Bitkom-Präsident Achim Berg wurde für weitere zwei Jahre im Amt bestätigt. Zudem wurde Sabine Bendiek (SAP) zur neuen Vizepräsidentin ernannt.

    mehr lesen: Bitkom-Präsident Berg im Amt bestätigt

  • KI-Spezialist Cognostics gehört nun Cloudflight

    KI-Spezialist Cognostics gehört nun Cloudflight

    Cloudflight übernimmt den KI-Software-Development-Spezialisten Cognostics. Anwender sollen dadurch unter anderem zusätzliche KI-Expertise im Bereich Softwareentwicklung für kognitive Systeme erhalten.

    mehr lesen: KI-Spezialist Cognostics gehört nun Cloudflight

  • Ifo-Institut beziffert Produktionsausfälle mit 40Mrd.€

    Ifo-Institut beziffert Produktionsausfälle mit 40Mrd.€

    Die deutsche Industrie hat derzeit mit Lieferengpässen zu kämpfen und laut Ifo Institut haben diese bereits zu Produktionsausfällen in Höhe von 40Mrd.€ geführt.

    mehr lesen: Ifo-Institut beziffert Produktionsausfälle mit 40Mrd.€

  • Orbis bündelt HR-Knowhow unter neuer Dachmarke

    Orbis bündelt HR-Knowhow unter neuer Dachmarke

    Die Orbis-Gruppe will mit der neuen Dachmarke Orbis People ihr SAP-Knowhow im Bereich Personalmanagement unter einem Dach bündeln.

    mehr lesen: Orbis bündelt HR-Knowhow unter neuer Dachmarke

  • Maschinen- und Anlagenbau bleibt trotz Materialengpässen auf Kurs

    Maschinen- und Anlagenbau bleibt trotz Materialengpässen auf Kurs

    Der Maschinen- und Anlagenbau bekommt die globalen Materialengpässe und Lieferschwierigkeiten zunehmend zu spüren. „Wie in allen Industrien, werden sich auch bei uns die Lieferschwierigkeiten bei einigen Vorleistungen noch längere Zeit…

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbau bleibt trotz Materialengpässen auf Kurs

  • Ifo-Index fällt um 1,2 Punkte

    Ifo-Index fällt um 1,2 Punkte

    Lieferengpässe drücken die Stimmung der deutschen Wirtschaft. So gehen die Indexwerte von Industrie, Handel und Dienstleistungen im Oktober zurück. Lediglich aus dem Bauhauptgewerbe kommen positive Signale.

    mehr lesen: Ifo-Index fällt um 1,2 Punkte

  • Energieeffizienz verbessern, CO2-Ausstoß verringern

    Energieeffizienz verbessern, CO2-Ausstoß verringern

    Die EU soll bis 2050 klimaneutral werden – über den European Green Deal und eine Abgabe auf CO2-Emissionen. Fraunhofer-Forschende unterstützen Unternehmen bei der Reduktion ihrer Emissionen mittels Net-Zero-Technologien.

    mehr lesen: Energieeffizienz verbessern, CO2-Ausstoß verringern

  • Vier neue Vertriebspartner für Universal Robots

    Vier neue Vertriebspartner für Universal Robots

    Universal Robots (UR) baut sein Vertriebsnetz in Deutschland aus. Mit SCS Robotik, JDT Robotics, PTS Automation sowie der Somack sind vier neue Partner hinzugekommen.

    mehr lesen: Vier neue Vertriebspartner für Universal Robots

  • Cyberangriffe gefährden die Digitalisierung

    Cyberangriffe gefährden die Digitalisierung

    Im seinem neuen Lagebericht zur IT-Sicherheit in Deutschland fordert das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik der Cybersicherheit eine stärkere Bedeutung beizumessen. Die Gefährdungslage sei hoch, so Bundesinnenminister Horst Seehofer.

    mehr lesen: Cyberangriffe gefährden die Digitalisierung

  • Materialise eröffnet Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck

    Materialise eröffnet Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck

    Der 3D-Druck-Spezialist Materialise vergrößert seinen Bremer Standort und hat ein Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck eröffnet, das künftig 120 Mitarbeitern Platz bieten soll.

    mehr lesen: Materialise eröffnet Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck

  • Moxa und Crosser arbeiten zusammen

    Moxa und Crosser arbeiten zusammen

    Mit dem Ziel Komplettlösungen für das Industrial Internet of Things anbieten zu können, arbeiten Moxa Europe und Crosser zukünftig zusammen. Dazu integriert Moxa den Low-Code-Ansatz von Crosser in seine Lösungen.

    mehr lesen: Moxa und Crosser arbeiten zusammen