Architektur des Digitalen Zwillings in Produktion und After Sales

Im folgenden Beitrag, unter Einbeziehung eines individuellen kundenspezifischen Kontexts, stellen wir Ihnen die Architektur eines digitalen Zwillings vor.

Die digitalen Komponenten eines CPS (Cyber Physical Systems) werden auch als "digitale Zwillinge" bezeichnet. Sie basieren auf einer kontinuierlich synchronisierten virtuellen Nachbildung eines realen Systems und enthalten Informationen über den gesamten Lebenszyklus der betrachteten Einheit. Diese abstrakte Definition trifft auf unendlich viele Bereiche mit unterschiedlichster Granularität zu. Im folgenden Beispiel wird das Potential eines digitalen Zwillings im Umfeld der Produktion aufgezeigt. Um ein effizientes, rekonfigurierbares Produktionssystem zu schaffen ist eine Interaktion zwischen Messen, Berechnen, Kommunizieren und Agieren herzustellen. Werden bestehende Prozesse eines Systemes unter diesem Gesichtspunkt  miteinander vernetzt, so kann durch die Umgestaltung die  Wertschöpfung gesteigert werden.

Folgende Kriterien sind für die Umsetzung eines prozesssteuernden digitalen Zwillings relevant:
  • eine digitale/virtuelle Repräsentanz
  • ein bidirektionaler Informationsaustausch zwischen physischer und virtueller Welt
  • eine Lebenszyklusbetrachtung
  • Modelle für die Simulation

Eine Schlüsselrolle nehmen die Technologiekomponenten ein, mit deren Hilfe ein digitaler Zwilling ermöglicht wird. Im exemplarischen Beispiel vernetzt die DELMIA 3DEXPERIENCE Plattform die beteiligten Entwicklungsbereiche für die Produktion in einem virtuellen Unternehmen.

Vernetzung durch die 3DEXPERIENCE Komponenten

Die Vernetzung von Engineering, operativem Betrieb und der Produktion ermöglicht größtmögliche Flexibilität in der Rekonfiguration der Systemeinheiten.

Projekt E-Scooter

Die Kundenziele des virtuellen Projektes sind die Produktivität und Kundenzufriedenheit zu erhöhen, Durchlaufzeiten zu reduzieren sowie Fehlerkosten zu senken. Aufbauend auf dem aktuellen Prozess des Kunden wurden die in der 3DEXPERIENCE hinterlegten Konstruktions- und Metadaten für die Lebenszyklusbetrachtung herangezogen. Eine durchgängige digitale Vernetzung liefert die Ausgangsbasis, um mittels der DELMIA 3DEXPERIENCE Komponenten die  Produktionseinheiten zu analysieren, Optimierungspotential zu identifizieren und die Systeme zu rekonfigurieren. In der folgenden Bildergalerie ist die Architektur des digitalen Zwillings anhand des virtuellen Projektes abgebildet:

  • 1-2: Sammeln von Daten der vernetzten Bereiche
    Aus den Stammdaten der Konstruktionsstückliste wird die assoziative Fertigungsstückliste ausgeprägt.
  • 3-4: Verarbeiten von Daten und aggregieren zu Informationen
    Die jeweiligen Arbeitsschritte innerhalb einer Arbeitsstation enthalten zusammen mit den Metadaten die kumulierten Daten der Einheit.
  • 5-9: Analysieren und Visualisieren von Informationen
    Durch die Visualisierung der Stationen erhält man die Möglichkeit ohne teure Umbauarbeiten die Effizienz einer Station zu analysieren und Kennwertgrößen zu ermitteln.
  • 10-11: Optimieren und und autonomes Anpassen in wechselnden Umgebungen
    Die Arbeitsplatzgestaltung wird anhand eines digitalen Zwillings simuliert und die Arbeitsparameter anhand der Kennwerte justiert. Neue Konzept ermöglichen erweiterte Vernetzung und Fehlerminimierung. Die Erhöhung der Produktivität kann anhand der Analysen und simulierten Optimierungen ermittelt werden.
1. Digitale Konstruktionsstückliste aus dem Engineering

1. Digitale Konstruktionsstückliste aus dem Engineering

2. Digitale Fertigungsstückliste für die Produktion

2. Digitale Fertigungsstückliste für die Produktion

3. Ausprägung der einzelnen Arbeitsstationen

3. Ausprägung der einzelnen Arbeitsstationen

4. Aggregieren zu Informationen: Stationsauslastung

4. Aggregieren zu Informationen: Stationsauslastung

5. Visualisierung 3D Layout

5. Visualisierung 3D Layout

Fertigung und Montage Industrie 4.0

6. Arbeitsplatzgestaltung Digitaler Zwilling

7. Servicekonzept SBOM aus EBOM generiert

7. Servicekonzept SBOM aus EBOM generiert

8. Serviceanweisung Montage

8. Serviceanweisung Montage

9. Zielwert Steigerung der Austakung

9. Zielwert Steigerung der Austakung

10. Robotersimulation

10. Robotersimulation

11. Mensch-Roboter-Kollaboration

11. Mensch-Roboter-Kollaboration

Das vorgestellte Beispiel zeigt nur einen Teilaspekt der sich erschließenden Möglichkeiten, um Systeme hinsichtlich ihrer Wertschöpfung zu optimieren. Gerne beraten und unterstützen wir Sie bei der Entwicklung und Implementierung von Industrie 4.0 Technologien.

Quelle:  Uni Stuttgart, Architekur und Technologiekomponenten eines digitalen Zwillings