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SPS IPC Drives 2018

Integration erwünscht: IT und Automation wachsen zusammen

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Digitale Zwillinge für Produkte, Produktion und Performance

Siemens setzt in diesem Bereich sogar auf ein Konzept mit drei Zwillingen: für Produkte, die Produktion sowie die Produkt- und Produktionsperformance. Der digitale Zwilling ist das exakte virtuelle Modell eines Produkts oder einer Produktionsanlage und entsteht bereits in der Produktentwicklungsphase mithilfe von CAD-Software. Er bildet deren Entwicklung über den gesamten Lebenszyklus ab und ermöglicht die Vorhersage des Verhaltens, die Optimierung der Performance und das Umsetzen von Erkenntnissen aus früheren Design- und Produktionserfahrungen.

Durch die Betrachtung von „What-if“-Szenarien und die Prognose der zukünftigen Performance mit dem digitalen Zwilling lässt sich ein echter Mehrwert erzielen. Denn er schafft eine Verbindung zwischen der virtuellen Welt der Produktentwicklung und Produktionsplanung einerseits sowie der physischen Welt des Produktionssystems und der Produktperformance andererseits. Diese Verbindung ermöglicht es, die in der physischen Welt gewonnenen Erkenntnisse als Hilfestellung für fundierte Entscheidungen während des gesamten Lebenszyklus der Produkte und Produktionsabläufe zu nutzen.

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Das Konzept der drei Zwillinge ist durchaus sinnvoll: Das virtuelle Abbild, etwa von Antrieben, enthält sämtliche Daten, die der Simulation und Validierung von komplexen Produkten dienen – inklusive Mechanik, physischem Verhalten, Elektronik sowie Softwaremanagement – dienen. Die Zahl von physischen Prototypen kann so wesentlich reduziert werden.

Simulationsmodell als Basis für eine virtuelle Inbetriebnahme

Die digitale Planung, Simulation und Optimierung der Produktion mit automatischer SPS-Code-Generierung ergibt den digitalen Zwilling der Produktion. Aus der Co-Simulation aus Mechatronik und Automatisierung entsteht ein gesamtheitliches Simulationsmodell, das als Basis für eine virtuelle Inbetriebnahme dient. Fehler- oder Störquellen werden so schon vor dem Betriebsstart erkennbar und können verhindert werden.

Der digitale Zwilling für die Produkt- und Produktionsperformance wird laufend mit Daten aus der Analyse der Produktionsanlagen sowie der Produkte versorgt. Auf Shopfloor-Ebene stehen durch die tiefe Durchdringung mit integrierten Automatisierungskomponenten alle relevanten Daten zur Verfügung.

Zentrale Verwaltung der Ressourcen und Produktionsdaten

Der Pneumatik- und Automatisierungsspezialist SMC nutzt den digitalen Zwilling für den Blick in die Zukunft: Der Zwilling ist erst einmal das virtuelle Abbild eines physischen Systems, aber er ist damit auch funktionsfähig und kann mit geringem zeitlichen Versatz zum realen System werden. Taucht ein Fehler auf, beispielsweise ein Kabelbruch, wird er detektiert und schnell an den Instandhalter gemeldet. Der wiederum hat dann bei der Wartung über den digitalen Zwilling gleich Zugriff auf alle produktspezifischen Informationen (CAD-Daten, Handbücher, Bestellinfos).

Durch die Vernetzung der Maschinen miteinander und mit den überlagerten Systemen wird eine zentrale Verwaltung der Ressourcen und Produktionsdaten möglich. Auftragsdaten werden unternehmensweit zugänglich und so lässt sich beispielsweise eine optimale Strategie dafür finden, in welchem Werk eines Unternehmens welche Aufträge gefertigt werden sollten. Außerdem können Materialbestände, Logistikprozesse oder die Werkzeugverfügbarkeit rasch überblickt und effizient koordiniert werden.

Genauso interessant sind die Potenziale, die der digitale Zwilling durch die bessere Dokumentation von Fertigungsprozessen und Produktionsparametern im Qualitätsmanagement bietet. Wenn ein Hersteller genau weiß, welches Bauteil mit welchen Merkmalen in welchem seiner Produkte wie verbaut worden ist, kann er zielgerichtet auf eventuelle Probleme reagieren und Prozesse optimieren.

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Über den Autor

Dipl. Inf. Stefan Graf

Dipl. Inf. Stefan Graf

Freier Journalist in den Bereichen Soft- und Hardware sowie Dienstleistungen für die Produktentwicklung, Fertigung, Logistik und IT