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.

ANZEIGE

Entwickeln, Erproben, Fertigen, Formen

Fütterer Werkzeugbau, D-76477 Elchesheim-Illingen, 30 Mitarbeiter, DIN EN ISO 9001 zertifiziert und seit 1988 ein Experte für die Konstruktion und Herstellung von hochwertigen Stanz-, Umform- und Biegewerkzeugen sowie von Prototypwerkzeugen und -teilen.‣ weiterlesen

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.

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.

ANZEIGE

Produktionsdaten in die Cloud?

Warum schlägt der Cloud im Produktionsumfeld so viel Skepsis entgegen? Meist geht es dabei um die Themen Sicherheit und Geschwindigkeit. Warum sollten Fertiger dennoch auf die Cloud setzen, und unter welchen Bedingungen?‣ weiterlesen

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.

Das könnte Sie auch interessieren:

Ãœbernahme von Bright Wolf
Cognizant erweitert IoT-Portfolio

Mit der Ãœbernahme des IoT-Spezialisten Bright Wolf, will der IT-Dienstleister Cognizant seine Expertise im Bereich Internet of Things erweitern.‣ weiterlesen

Inprozessüberwachung von Schallemissionen
Stahl verschleißen hören

Vorherzusagen, wann ein Werkzeug kaputt geht, ist nicht leicht. Mittels der Messung von Schallemissionen ist dies zwar möglich, aber auch teuer. Kombiniert man jedoch gängige Verfahren mit neuen Technologien, ergeben sich immer bessere und schnellere Verfahren.‣ weiterlesen

Zwei Jahre DSGVO – eine Bestandsaufnahme
Warum die Industrie DevSecOps braucht

Seit dem 25. Mai 2018 gilt die europäische Datenschutzgrundverordnung, meist nur DSGVO genannt. Der IT-Sicherheitsspezialist Rohde & Schwarz Cybersecurity berichtet, wie es um die Umsetzung in der hiesigen Industrie steht.‣ weiterlesen

Europäisches Arbeitsmarktbarometer
Stabilisierung, aber noch kein Ende der Krise

In vielen Ländern Europas scheint sich der Arbeitsmarkt zu stabilisieren. Darauf deuten die Zahlen des Europäischen Arbeitsmarktbarometers hin, das nun erstmals veröffentlicht wurde.‣ weiterlesen

Transparenz von der Edge bis in die Cloud
IoT-Architekturen müssen IT und OT sicher verbinden

Eine IoT-Sicherheitsarchitektur sollte sowohl in IT- als auch in OT-Umgebungen für mehr Transparenz sorgen und Prozesse schützen. Dazu müssen die Daten aus dem IoT-Edge erfasst und extrahiert werden. Auf dieser Grundlage können Unternehmen effizienter agieren, bessere Geschäftsentscheidungen treffen und Digitalisierungsprojekte beschleunigen.‣ weiterlesen

Process Mining
GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

GBTEC und Proalpha haben angekündigt, zukünftig in den Bereichen Process Mining und Business Intelligence zusammenzuarbeiten. Kunden sollen so einen Mehrwert bei der digitalen Transformation erhalten.‣ weiterlesen

Anlagen- und Werkzeugbau bei Volkswagen
Alle Baustellen auf dem Radar

Beim Anlagen- und Werkzeugbau setzt die Volkswagen AG auf Datendurchgängigkeit. Die Projektmanagement-Software Coman vernetzt die Projektbeteiligten dazu durchgängig und digital, bis hin zu den Zulieferern. Denn wenn Manager Giuseppe Lo Presti früh erkennt, dass es in einem Gewerk gerade nicht rund läuft, können gezielte Maßnahmen erfolgen.‣ weiterlesen

BSI-Lagebericht
Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

Mehr als eine Milliarde Schadprogramme verzeichnet das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik im aktuellen Lagebericht. Und auch die Corona-Pandemie wirkt sich auf die aktuelle Sicherheitslage aus.‣ weiterlesen

Fundament für KI-Applikationen
Wie sammelt man Rohdaten im Data Lake?

Eine Voraussetzung bei der Entwicklung von industriellen KI-Anwendungen sind ausreichende Daten. Diese sind jedoch nicht immer in der benötigten Menge, Qualität oder Struktur vorhanden. Anhand eines konkreten Beispiels erläutert dieser Beitrag, wie sich ein Data Lake anlegen und mit Daten füllen lässt, bis er ein Fundament für quasi beliebige KI-Applikationen bildet.‣ weiterlesen

CIO-Studie von Dynatrace
Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

CIOs setzen auf Automatisierung und KI, um wachsende Kluft zwischen begrenzten IT-Ressourcen und steigender Cloud-Komplexität zu überbrücken. Dies geht aus einer Studie von Dynatrace hervor.‣ weiterlesen

Einfallstor im Schatten-IoT
Damit der Toaster nicht zum Risiko wird

Zahlreiche Geräte verbinden sich heutzutage mit dem Firmennetzwerk. Neben offensichtlichen Geräten wie Büro-PCs und Maschinensensoren gibt es meist auch solche, die keiner auf dem Radarschirm hat. In diesem verborgenen Internet of Things könnten Einfallstore für Cyberkriminelle sein.‣ weiterlesen