Demozelle »Smarte Fabrik 4.0« – Digitaler Fabrikzwilling

In Zukunft existiert jede Fabrik doppelt: Neben der physischen Produktionsstätte steht deren stets aktuelles virtuelles Abbild für Produktionsplaner und Produktentwickler bereit. Im Allgemeinen ist der Digitale Zwilling das digitale Abbild eines spezifischen Produkts (reales Objekt, Service oder immaterielles Gut), das dessen Eigenschaften, Zustand und Verhalten durch Modelle, Informationen und Daten erfasst. Für den Fabrikzwilling werden beispielsweise geometrische, prozess- und steuerungstechnische Modelle aus der Entwicklung eines Produktionssystems mit Echtzeitinformationen des realen Produktionssystems (z.B. Sensordaten) mittels einer intelligenten Verknüpfung zusammengeführt.

Der Digitale Zwilling ist keine Zukunftsmusik – er ist bereit für die Entwicklung von Einführungsstrategien in Unternehmen in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Wer in diesem Zusammenhang eine tragfähige Grundlage für Industrie 4.0 schaffen möchte, muss die notwendigen Technologien, Konzepte und Methoden schrittweise in seine Produktionsprozesse integrieren. Auch wenn das Konzept sich in der Industrie etabliert hat, finden hochintegrierten Lösungen noch immer keine flächendeckende Verwendung. Die Potenziale sind vielfältig: Planungs- und Inbetriebnahmezyklen lassen sich durch verbesserte Sicht auf Konfiguration und Zustand von Produktionsanlagen und Ressourcen beschleunigen. Gewonnene Einsichtnahmen lassen sich durch einen bidirektionalen Informationsaustausch zwischen Produktentstehung und Produktionssystem in eine Steigerung der Produktqualität überführen. Zeitnahe Reaktionen, Rekonfigurationen unter Ausnutzung von Echtzeit Prozesszuständen oder prädiktive Vorhersagen werden ermöglicht.

Intelligente Losgröße-1-Produktion

Auf dem Weg zur Industrie 4.0 gilt es, neue Methoden, Konzepte und Technologien zu erproben und geschickt miteinander zu kombinieren. Zu diesem Zweck hat das Fraunhofer IPK die Demozelle »Smarte Fabrik 4.0« entwickelt. Anhand einer Losgröße-1-Produktion werden hier die Wirkungsweisen, Anwendungsfälle und Potenziale von Smart Data und eines Digitalen Fabrikzwillings für Forschungs- und Entwicklungspartner erleb- und erforschbar. Flankiert von einem Portfolio aus strategischer Beratung sowie Methoden und Technologieentwicklung setzt das Institut mit seinen Kunden so individuelle Industrie 4.0 Lösungen für Produktentwicklung und Produktion um.

© Fraunhofer IPK
Neue Technologien live erproben

Optimierte Produktion mit Digital Twin-Kopplung

Das abgebildete Szenario behandelt die Herstellung eines kundenindividuell gestalteten Produktes. Je nach Auswahl der Konfiguration ergeben sich unterschiedliche Prozessreihenfolgen durch die Produktion. Ausgehend von der Produktspezifikation werden vollautomatisch digitale Produktmodelle, ein Prozessplan und Steuerungsprogramme erzeugt. Der Digitale Zwilling, hier in Form eines kinematisierten Fabrikmodells, verschmilzt reale Produktion und digitale Planungs- und Simulationswerkzeuge. Änderungen, ob im virtuellen oder physischen Raum, werden bidirektional zwischen der Demozelle und dem Digitalen Zwilling synchronisiert. Autonome Vorgänge innerhalb der Demozelle können so im Vorfeld abgesichert werden und bleiben für den Menschen nachvollziehbar. Der Digitale Zwilling erzeugt Informationen und Erkenntnisse, die in-the-loop an die Maschinen selbst, ihre Betreiber, ihre Anwender und an die Produktentwicklung weitergeleitet werden. Zu diesem Zweck wurde eigens ein webbasiertes Smart Data Dashboard entwickelt, welches Daten zwischen dem Betreiber und Anwender austauscht. Alle relevanten Informationen werden visualisiert und der intuitiven Eingriff in den Produktionsprozess wird mit entsprechenden Werkzeugen ermöglicht. Erst so wird es möglich, robuste CPS Verbünde zu entwickeln und zu betreiben. Alle eingesetzten Elemente der »Smarte Fabrik 4.0« wurden ausschließlich unter Beachtung von Industriestandards entwickelt und implementiert. Ihr modularer Aufbau lässt sich auf andere Anwendungsfälle übertragen, skalieren und um weitere Technologien erweitern. Konzepterstellung und Umsetzung Digitaler Zwillinge von ergänzenden oder alternativen Prozessketten sind möglich. Interaktion – live oder im Kontext einer Inbetriebnahme - können mittels VR/AR/XR-Technologien und Human-Interaction-Devices unterstützt werden.

Weiterführende Informationen

 

Mastering Digital Twins

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»Smarte Fabrik 4.0 – digitaler Zwilling«

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Fabrikprozesse erlebbar absichern

Einen kurzen Beitrag zur Smart Factory finden Sie in unserem Kundenmagazin FUTUR.

Über den Digital Twin

Eine international anerkannte Definition des Digitalen Zwillings und Erläuterungen zum 8D Modell finden Sie hier: