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Digitaler Zwilling

Der Digitale Zwilling – die Schlüsselkomponente für Industrie 4.0

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Plug-&-Produce für Feldgeräte

Um die korrekte Konfiguration für Feldgeräte aus einem bestehenden Prozessdesign abzuleiten, ist heute manuelle Arbeit erforderlich. Zum Teil werden keine standardisierten Beschreibungsformate verwendet, und wenn doch, werden sie möglicherweise nicht offen geteilt. Ist dies doch der Fall, unterscheiden sich die zugrundeliegenden Standards für das Prozess- und Automatisierungsdesign in der Art und Weise, wie sie die gleiche Information wiedergeben. So kann der Informationsfluss überall dort unterbrochen sein, wo Daten weitergeleitet werden.

Hinzu kommt, dass beim Einsatz von Feldbustechnologie die Erkennung, Adressierung, Identifizierung und Online-Konfiguration von Geräten größtenteils eine manuelle und somit fehleranfällige Tätigkeit ist. Außerdem haben Messpunkte, Feldgeräte, Signale usw. in den verschiedenen Tools typischerweise verschiedene Namen oder Kennungen. So ist häufig eine manuelle Übertragung notwendig, um die korrekten Zuordnungen sicherzustellen. Vor allem aber müssen diese Inbetriebnahmeschritte wiederholt werden, wenn einmal ein Gerät während des Anlagenbetriebs ausgetauscht werden muss.

Technologien wie FDI (Field Device Integration) und OPC UA (OPC Unified Architecture) helfen bereits, viele Probleme bei der Inbetriebnahme von Feldgeräten zu mindern.

Ein digitaler Zwilling für Feldgeräte

Der digitale Zwilling für Feldgeräte baut auf diesen Technologien auf und ermöglicht ein Plug-&-Produce-Szenario für Feldgeräte. Durch Einbindung weiterer Standards aus den Bereichen IKT (Informations- und Kommunikationstechnik) und Automatisierung – einschließlich Empfehlungen von Kundeninteressengruppen wie Namur – bündelt der digitale Zwilling alle notwendigen Informationen für das Engineering, die Inbetriebnahme, die Nutzung und den Austausch von Feldgeräten auf einheitliche Weise. Die Verknüpfung zwischen dem digitalen Zwilling und seinem physischen Pendant bietet dem Nutzer die Möglichkeit, Parameter automatisch auf die Feldgeräte herunterzuladen und diese in Betrieb zu nehmen. Während für den physischen Austausch weiterhin geschultes Personal erforderlich ist, ermöglicht der digitale Zwilling eine sofortige Rekonfiguration ohne die Hilfe eines Geräte- oder Prozessexperten.

So reduziert der digitale Zwilling die erforderliche Zeit für das grundlegende Engineering und die Inbetriebnahme eines Feldgeräts von etwa 10 min (vorausgesetzt, es treten keine Probleme auf) auf weniger als 1 s. Bei einer Anlage durchschnittlicher Größe mit 10.000 E/A-Punkten reduziert sich die Arbeit von einer Woche auf wenige Minuten.

Der Eckpfeiler der Industrieautomation

Dadurch, dass der Informationsfluss über alle Lebenszyklusphasen hinweg erhalten bleibt, ist die systematische Wiederverwendung vorhandener Informationen vom ursprünglichen Prozessdesign von noch größerem Nutzen. Die Konfiguration eines Feldgeräts wird zur unmittelbaren Folge der Absichten des Prozessingenieurs, und der Grund für jede Konfiguration kann objektiv und automatisch auf eine Kundenanforderung zurückgeführt werden. Dies erhöht die Qualität der Engineering-Daten, da Fehler auf das ursprüngliche Prozessdesign begrenzt werden.

Während das IIoT Fahrt aufnimmt, entwickeln sich digitale Zwillinge zu Eckpfeilern der Industrieautomatisierung. Die Fähigkeit zur Implementierung effektiver digitaler Zwillinge wird eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der digitalen Zukunft der Automatisierungslandschaft spielen.

Literaturhinweise

[1] R. Drath (2018): „The Digital Twin: The Evolution of a key Concept of Industry 4.0“. Gastartikel für visIT/Fraunhofer IOSB 2018. Verfügbar unter: https://www.iosb.fraunhofer.de/servlet/is/81724/

[2] M. Grieves (2014): „Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication“. Whitepaper. Verfügbar unter: http://innovate.fit.edu/plm/documents/doc_mgr/912/1411.0_Digital_Twin_White_Paper_Dr_Grieves.pdf

[3] Deloitte Consulting: „Industry 4.0 and the digital twin – Manufacturing meets its match“. Deloitte University Press, 2017.

[4] C. Ganz: „Digitaler Zwilling – praktisch identisch?“. ABB Review 02/2018, S. 94–95.

[5] C. Wagner et al.: „The role of the Industry 4.0 Asset Administration Shell and the Digital Twin during the life cycle of a plant“. IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Limassol, Zypern, 2017.

[6] Plattform Industrie 4.0: „Struktur der Verwaltungsschale“. Verfügbar unter: https://www.plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/struktur-derverwaltungsschale.pdf

[7] https://www.basys40.de/

* Somayeh Malakuti, Jan Schlake, Sten Grüner, Dirk Schulz, Ralf Gitzel, Johannes Schmitt, Marie Platenius-Mohr, Philipp Vorst sind Mitarbeiter des ABB Corporate Research Center in Ladenburg, Kai Garrels ist tätig bei ABB Electrification Products in Heidelberg

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