Digitale Zwillinge können an vielen Stellen im Engineering nutzenstiftend verwendet werden. „Maschinen- und Anlagenbauer werden zunehmend digitale Zwillinge einfordern, um ihre Maschinen und Anlagen schneller entwickeln zu können und dabei weniger Fehler zu machen“, sagt Gerhard Borho, Digitalisierungsvorstand bei Festo. Denn kürzere Vorgaben bei den Entwicklungszeiten erfordern die Parallelisierung von Entwicklungsschritten bei Maschinenbauern. Aber auch in der Fabrikplanung sind vergleichbare Tendenzen zu beobachten. Digitale Zwillinge können zur Unterstützung der Entwickler die Fähigkeiten von Komponenten genau nachbilden, möglichst bis zum physikalischen Verhalten. Noch bevor ein Maschinenentwickler die Maschine als Hardware zusammengebaut hat, kann er sie simulieren, testen und nochmals verändern. So kann er zum Beispiel Handhabungssysteme bereits am virtuellen Modell auslegen und programmieren. Fehler können so frühzeitig gefunden und behoben werden, was erheblich zum effizienten und stabilen Betrieb später beitragen kann. Dabei können digitale Zwillinge von Automatisierungskomponenten mehr als nur 3D-Modelle beinhalten, die sich virtuell bewegen. Sie sind digitale Abbilder mit vielerlei Informationen zu den Komponenten, dies umfasst u.a. die eindeutige Beschreibung ihrer Fähigkeiten, die Dokumentation, das Verhalten – beispielsweise die Simulation ihrer Kinematik und Kinetik – und die Kommunikation mit ihnen bis hin zur Rolle innerhalb der Maschine.
Lebenszyklus im Fokus
Bei der genannten Etikettiermaschine wurden Verhaltensmodelle pneumatischer Funktionen für die virtuelle Inbetriebnahme eingesetzt. Im virtuellen Modell kann der Entwickler testen, ob er beispielsweise den Schlitten bewegen kann und sich die Prozessdaten aus dem Wegmesssystem oder das Signal der Endlagensensoren anschauen. Möchte er die Steuerungsabläufe der Maschine erstellen, stehen dem Entwickler Fähigkeiten der Komponenten wie Ausfahren, Drehen oder Greifen zur Verfügung, mit denen er den gewünschten Ablauf zusammenstellen kann. Eine weitere Funktion ist die Zustandsüberwachung, für die Komponenten im laufenden Betrieb das Ende ihrer Lebensdauer anmelden. Der digitale Zwilling der Maschine könnte dann automatisiert Ersatzteile bestellen. Falls es zu diesem Zeitpunkt Nachfolgemodelle für die auszutauschenden Komponenten gibt, kann der Kunde das Zusammenspiel der neuen Komponenten zunächst im virtuellen Umfeld testen und passend beschaffen. Außerdem kann die Zustandsüberwachung im Zusammenspiel mit den Simulationsmodellen der digitalen Zwillinge vorausschauende Wartungspläne erstellen. Auch spätere Änderungen, Optimierungen oder Umkonfigurationen an der Maschine können die Kunden durch digitale Zwillinge im Voraus am virtuellen Modell entwickeln und testen und somit schneller realisieren. Wer sich live einen Eindruck von den Möglickeiten eines so integrierten digitalen Zwillings verschaffen möchte, hat auf der kommenden Hannover Messe am Stand von Siemens die Gelegenheit dazu.
Nach Material von Festo SE
