Digitales Abbild

Was in den Digitalen Zwilling gehört

Unter dem Begriff Digitaler Zwilling ist heute ein Konzept zu verstehen, mit dem Produkte sowie Maschinen und ihre Komponenten mit digitalen Werkzeugen modelliert werden – und zwar einschließlich sämtlicher Geometrie-, Kinematik- und Logikdaten. Die Erwartungen an diesen Ansatz sind hoch, aber wirklich umgesetzt wird er selten und dann meist nur zum Teil. Denn zu einem umfassenden digitalen Abbild gehören eine Vielfalt von Informationen.

Bild: ©Eisenhans / Fotolia.com

Ein Digitaler Zwilling ist das Abbild des physischen ‚Assets‘ in der Fabrik und erlaubt dessen Simulation, Steuerung und Verbesserung. Industrie 4.0-Arbeitsgruppen diskutieren die digitalen Abbilder in Verbindung mit der sogenannten Verwaltungsschale und Industrie 4.0-Komponenten. Im aktuellen Gartner ‚Hype Cycle for Emerging Technologies‘ liegt der Digitale Zwilling noch vor dem Gipfel der überzogenen Erwartungen. Demnach existieren für weniger als ein Prozent der heute ausgelieferten Maschinen und Komponenten Modelle, die deren Verhalten digital aufnehmen und abbilden. Digitale Zwillinge werden also in den kommenden Jahren in Forschung und Entwicklung weiter ausgestaltet werden. Deutlich ist aber schon heute, dass es nicht auf ein monolithisches Datenmodell hinausläuft, sondern auf unterschiedliche Aspekte digitaler Repräsentationen, Funktionalitäten, Modelle und Schnittstellen. Aus Sicht der industriellen Produktion und ihres Engineerings umfassen Digitale Zwillinge eine Reihe von Aspekten, die im Folgenden erläutert werden.

Identifikation und Inbetriebnahme

Die digitalen Abbilder sollten modellbasierte Selbstbeschreibungen mit dem Ziel von Autoidentifikation und Autokonfiguration enthalten. Damit können sich Maschinen und ihre Komponenten etwa mithilfe von mitgelieferten Treiberinformationen am ME-System oder im industriellen IoT-System mit ihren Fähigkeiten und Diensten anmelden. Beschreibung der Fähigkeiten (Skills) von Produktionsanlagen gehören ebenfalls in den industriell nutzbaren Digitalen Zwilling. Hier geht es um Fertigungsverfahren wie Drehen oder MAG-Schweißen oder Materialflussfunktionen wie Heben oder Stetigfördern. Außerdem umfassen die Fähigkeiten Attribute und ihre zulässigen Wertbereiche sowie gegebenenfalls Teile der Logik. Mit diesen Beschreibungen könnten sich Produktionsmittel schneller als aktuell möglich zu Anlagen für neue Fertigungsaufgaben zusammenbauen, konfigurieren und in Betrieb nehmen lassen.

Normalverhalten überwachen

Das digitale Abbild beinhaltet auch datenbasierte Modelle des Normalverhaltens einer Maschine, einer Linie oder einer kompletten Produktion, basierend auf Laufzeitdaten, die aus dem realen Betrieb, z.B. auf Basis einer Maschinendatenerfassung mihilfe maschinellen Lernens, gewonnen werden. So können Digitale Zwillinge dazu genutzt werden, Ausfälle von Maschinen oder Komponenten zu prognostizieren und – in der Zukunft – Verbesserungsvorschläge datenbasiert automatisiert zu generieren. Hier wird deutlich, dass MES-Funktionen zum Aufbau Digitaler Zwillinge unerlässlich sind. Sie erfassen und speichern Produkt-, Prozess- und Ressourcendaten, die Maschinen und Anlagen liefern oder Messsysteme in Form von Qualitätsdaten.

ERP & MES Trends 2021

Die notwendigen Veränderungen von ERP und MES in den kommenden Jahren sind nicht nur technikgetrieben. Im Zentrum der Veränderungen steht vor allem die Transformation der Arbeitswelt. Unternehmen sind gefordert, diesen Wandel aktiv zu gestalten und nicht nur zuzusehen.‣ weiterlesen

Simulation

Offline- und Online-Simulationen einschließlich spezieller Simulatoren, z.B. für Finite Elemente, Virtuelle Inbetriebnahme oder die Simulation physikalischer Prozesse gehören ebenfalls zu den Daten eines Digitalen Zwillings. Im Idealfall interagieren verschiedene Simulationsmodelle miteinander. Der Begriff des Digitalen Zwillings ist in der Vergangenheit oft mit der Simulation gleichgesetzt worden. Den Entwicklern am Fraunhofer IOSB ist diese Definition jedoch zu eng.

Werkzeug- und Methodenkatalog

Die Digitale Fabrik benötigt ein „umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen (…), die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden“, etwa für Produktions- und Materialflussanlagen, Gebäude und Technische Gebäudeausrüstung (VDI 4499, Blatt1). Der Begriff der Digitalen Fabrik ist seit langem bekannt und in einschlägigen Standards beschrieben, z.B. der Richtlinienreihe 4499 des VDI. Diesbezügliche Informationen sollten im Digitalen Zwilling erfasst sein. Zu vollständigen Digitalen Zwillingen gehören außerdem Daten rund um IT-Sicherheit, Zugriffsrechte, Zertifikatshandling, Versionsmanagement und Kompatibilitätstests verschiedener Versionen des Digitalen Zwillings. Ihr Inhalt entsteht in die verschiedenen Lebenszyklusphasen eines Produkts oder einer Fabrik, mit unterschiedlichen Werkzeugen auf diversen Plattformen.

Individuell anfertigen

Erste Praxisbeispiele zeigen, dass Digitale Zwillinge sehr anwendungsspezifisch und für jedes Unternehmen maßgeschneidert zu definieren sind. Erste Anwender sind Unternehmen der Automobilindustrie, die schon immer sehr fortschrittlich waren, wenn es darum ging, Werkzeuge und Systeme der Digitalen Fabrik zu nutzen oder Teile und Fahrzeuge zu identifizieren und zu verfolgen. Konkrete Projekte sind Digitale Zwillinge von Produkten und Formen komplett digitalisierter Produktlebenslaufakten oder von Produktionsanlagen. Neuerdings geht es bei den Anlagen darum, Qualitätsdaten mit Prozessparametern zu korrelieren, um bei n.i.O.-Teilen Prozessparameter nachregeln zu können. Hier kommen auch die Zulieferer ins Spiel, da die Hersteller mehr Daten zu den Produkten und Prozessen fordern, um damit ihre eigenen Abläufe zu verbessern. Konkretes Beispiel sind Daten zu Coils, die im Presswerk zu Platinen und Tiefziehteilen verarbeitet werden. Je feingranularere Messwerte der Stahlhersteller mit dem Coil mitliefert, umso besser lassen sich Tiefziehparameter einstellen, um Risse oder andere n.i.O.-Merkmale zu verhindern oder sogar vorherzusehen. Es ist absehbar, dass die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft und speziell das IOSB in den kommenden Jahren an verschiedenen Fragestellungen Digitaler Zwillinge entwickeln werden – von der durchgängigen Datenhaltung über Semantiken für Digitale Zwillinge bis hin zu spezifischen Werkzeugen, mit denen deren Aspekte simuliert und prognostiziert werden können.

Dr. Olaf Sauer arbeitet im Geschäftsfeld Automatisierung bei Fraunhofer IOSB.

Datum:4. Dezember 2018

Autoren:

Themen: Produktentwicklung

Schlagwörter: Digitaler Zwilling, Manufacturing Execution Systems (MES), Simulation, VDI 4499

Webseite: www.digitalerzwilling.fraunhofer.de

Das könnte Sie auch interessieren:

Software, Plattformen und digitale Zwillinge
Lebenslanges Lernen für Produkte

Viele neue Produkte und Geschäftsmodelle erfahren heutzutage Geburtshilfe durch Simulation. Mit digitalen Zwillingen verschmelzen Grenzen zwischen simulierten und realen Produktwelten. Entwicklung und Fertigung lassen sich so deutlich effizienter organisieren.‣ weiterlesen

Industrie 4.0 Förderprojekt erfolgreich abgeschlossen
Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

Die Forschungspartner Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität München sowie den beiden Unternehmen Schindler & Schill (EasyLogix) und Systema haben das BMWi-ZIM-Projekt MobiCM erfolgreich abgeschlossen. Ziel war die Entwicklung eines Systems zur Zustandsüberwachung von Produktionsmaschinen.‣ weiterlesen

Online-Engineering-Plattform mit einer Million Mitgliedern

Die Engineering-Plattform DesignSpark von RS Components hat die Marke von einer Million Mitglieder geknackt. Seit seiner Einführung 2010 unterstützt die Plattform Ingenieure, Techniker und Studierende mit einer Vielzahl an technischen Tools und Ressourcen.‣ weiterlesen

DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

Die Normungsorganisationen DIN und VDE DKE haben eine Kooperationsvereinbarung mit 'Enterprise Singapore' getroffen. Die Zusammenarbeit soll unter anderem die Bereiche Industrie 4.0 sowie künstliche Intelligenz umfassen.‣ weiterlesen

VDA-Geschäftsführer Dr. Kurt-Christian Scheel
„Die Unternehmen sind der Aufgabe gewachsen“

Als globale Krise ist die Corona-Pandemie eine besondere Herausforderung für die Automobilindustrie. Der Absatz neuer PKW ging weltweit um 23 Prozent, in Europa sogar um 27 Prozent zurück. VDA-Geschäftsführer Dr. Kurt-Christian Scheel erläutert, wie sich die Branche gegen die Krise stemmt und dabei ihre Flexibilität unter Beweis stellt.‣ weiterlesen

Allianz-Risiko-Barometer
Unterbrechungen, Pandemien und Hackerangriffe an der Spitze der Unternehmensrisiken

Pandemien gehören im aktuellen Allianz-Risiko-Barometer zu den größten Bedrohungen für Unternehmen. Die damit einhergehenden Sorgen haben sogar den Klimawandel verdrängt, der in der aktuellen Erhebung den 9. Platz belegt.‣ weiterlesen

Produktion unter erschwerten Bedingungen

Da man in der Produktion nicht so ohne weiteres auf Homeoffice setzen kann, müssen sich Fertiger Konzepte einfallen lassen, wie sie unter den gegeben Rahmenbedingungen den Betrieb sicherstellen können. Wie das aussehen kann, zeigt der Elektronikfertiger Limtronik.

‣ weiterlesen

Reihe Wissen Kompakt

ERP und CRM

Ein Unternehmen, das sich mit der Auswahl eines ERP- Systems befasst, muss sich gleichsam mit einem viel- schichtigen Software-Markt und unklaren Interessen- lagen an interne Abwick- lungsprozesse auseinander- setzen. Guter Rat bei der Investitionsentscheidung ist teuer. ERP/CRM Wissen Kompakt unterstützt Sie bei der gezielten Investition in die IT-Infrastruktur.
KI Künstliche Intelligenz

Immer mehr Anbieter von Maschinen, Automatisierungstechnik und Industriesoftware integrieren künstliche Intelligenz in ihre Produkte. Das ganze Potenzial spielen selbstlernende Systeme aber erst aus, wenn sie passgenau auf ihren Einsatz in Fertigung und Büro zugeschnitten wurden. Über beide Möglichkeiten, als Fertiger die Vorzüge von industrieller KI zu nutzen, geht es im regelmäßig aktualisierten Themenheft Künstliche Intelligenz.
IoT Internet of Things

Das Internet of Things verändert Produktwelten und die Vernetzung in der Fertigung gleichermaßen. Entstehende Ökosysteme laden zur einer neuen Form der Zusammenarbeit ein. Die Spezialausgabe IoT Wissen Kompakt informiert über die Technologie, Projektierung und Anbieter für die eigene Applikation, in- und außerhalb der Fabrik.
MES Manufacturing Execution Systems

Um alle Potenziale eines MES umfassend ausnutzen zu können, beleuchten unsere Autoren in der Serie von MES Wissen Kompakt die erfolgskritischen Faktoren, um Fertigungsunternehmen präventiv zu steuern. Darüber hinaus präsentiert MES Wissen Kompakt ein breites Spektrum an Firmenportraits, Produkt- neuheiten und Dienst- leistungen im MES-Umfeld.

Partner-Netzwerke

Microsoft-Partner

Mittelständische Unternehmen investieren selbst in schwierigen Zeiten in Microsoft-Technologien, weil sie überzeugt sind, dass ihre Mitarbeiterproduktivität steigt und sich ihre Kostenstruktur bessert. Microsoft hat mit dem Microsoft-Partner-Network ein Netzwerk aufgebaut, das ein Forum für den Aufbau von Partnerschaften, Zugang zu Ressourcen und einen Rahmen für Dialoge und Kooperationen bietet. Für unsere Leser gibt die Microsoft-Partnerübersicht in Ausgabe Juli/August der IT&Production Tipps für die Suche nach einer geeigneten Branchen- oder Speziallösung im Bereich des produzierenden Gewerbes.
SAP-Partner

Auf der Suche nach Innovation, nach neuen Lösungen und der Abgrenzung zum Mitbewerb vernetzen sich zunehmend mehr Unternehmen mit externen Experten und Partnern. SAP hat mit dem SAP-Ecosystem ein Netzwerk aufgebaut, das ein Forum für den Aufbau von Partnerschaften, Zugang zu Ressourcen und einen Rahmen für Dialoge und Kooperationen bietet. In der Maiausgabe der Fachzeitschrift IT&Production erhalten unsere Leser einen aktuellen Überblick zum SAP-Ecosystem im Bereich des produzierenden Gewerbes.
PTC-Partner

Mit der Ausweitung des Geschäftsmodells von PTC und durch Akquisitionen wie Thingworx, Kepware oder Vuforia entstanden zuletzt vollkommen neue sowie komplementäre Partnernetzwerke. Auch verändern sich durch die Digitalisierung Rollen und Ziele in den Partnernetzwerken spürbar. Der amerikanische Softwarehersteller hat deshalb sein Partner Netzwerk neu ausgerichtet, um für produzierende Unternehmen von Creo bis ThingWorx das Beste aus dem PTC-Portfolio herauszuholen.