Digitaler Zwilling Von der Simulation bis zur virtuellen Inbetriebnahme

Redakteur: Stefanie Michel

Industrie 4.0 ist eng mit dem digitalen Zwilling verknüpft. Doch mangels Standardisierung klaffen bei der Durchgängigkeit noch Lücken. Im Bereich der Simulation können einige von ihnen jetzt geschlossen werden, sodass durch digitales Engineering schon heute Effizienzgewinne möglich sind.

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Der digitale Zwilling bildet die Grundlage für durchgängige Daten aus den 3D-Modellen, der Produktion oder auch der Wartung.
Der digitale Zwilling bildet die Grundlage für durchgängige Daten aus den 3D-Modellen, der Produktion oder auch der Wartung.
(Bild: Lenze)

Die digitale Transformation der Wirtschaft macht auch vor den Entwicklungsabteilungen des Maschinenbaus nicht halt. CAD, CAE und CAM werden zunehmend durch smarte Tools erweitert, die Abläufe automatisieren, Zeit- und Ressourceneinsatz reduzieren sowie die Qualität der Entwicklungsschritte laufend kontrollieren und verbessern. Effizientere Prozesse und ein verbessertes Time-to-Market sind wesentliche Faktoren, um sich im weltweit härter werdenden Wettbewerb behaupten zu können.

Durchgängiger Informationsstrom über den Lebenszyklus

Mit dem digitalen Zwilling beziehungsweise der Asset Administration Shell (AAS, Verwaltungsschale) hat die Industrie ein Konzept entworfen, das diese Entwicklung entscheidend vorantreibt. Das Ziel ist ein ununterbrochener Informationsstrom über den gesamten Lebenszyklus der Maschinen und Anlagen hinweg: von den Daten aus Modellen der frühen Entwicklungsphase, über Maschinendaten aus der Produktionsphase bis hin zu Asset Management, Wartung und Instandhaltung.

In der Realität klaffen jedoch noch Lücken bei der Durchgängigkeit, da der Standardisierungsgrad der Entwicklungswerkzeuge aktuell gering ist. Auf Entwicklerseite besteht demzufolge eine fortwährende Unsicherheit, ob der Lieferant von Komponenten und Geräten die jeweiligen Entwicklungstools mit passenden Datenformaten unterstützt.

Schon sehr früh hat Lenze die Digitalisierung im Maschinenbau und das Konzept der Verwaltungsschale begleitet und gefördert. Jetzt geht das Unternehmen noch einen Schritt weiter und dehnt die Unterstützung für Partner auf Simulation und virtuelle Inbetriebnahme aus. Damit schließt Lenze einige kritische Lücken. OEM sollen somit von erweiterten Möglichkeiten des digitalen Engineerings bei Entwurf, Entwicklung und Produktion von Maschinen und Anlagen profitieren.

Der Weg zur detailierten Simulation der Maschine

Den entscheidenden Grundstein legt bereits ein 3D-Simulationsmodell, das ein relativ allgemeines Modell einer Maschine liefert. Daraus erwächst eine einfachere Diagnostik komplexer Maschinen. Geht man einen Schritt weiter und verfeinert das 3D-Modell, lassen sich bereits konkrete Aussagen über das Verhalten der Maschine vorhersagen, wie etwa der zu erreichende Durchsatz im Betrieb. Wird das Modell noch detaillierter an die spezifische Maschine angepasst, kann damit das Verhalten und auch der gesamte Fertigungsprozess auf der Maschine simuliert werden – also inklusive der Logiken der Maschine und einschließlich Fehlermanagement, Wechsel von Betriebsmodi und Parametrierung. In diesem Entwicklungsstadium ist dann sogar eine virtuelle Inbetriebnahme der Maschine möglich.

„Pain-Points“ der OEMs entschärfen

Lenze nutzt selbst einige der bekanntesten Simulationswerkzeuge, insbesondere folgende Anwendungen:

  • Simulation X von ESI ITI: Simulation und Antriebsdimensionierung;
  • ISG-virtuos von ISG: virtuelle Inbetriebnahme;
  • Virtual Teachware von Forward TTC: Augmented & Virtual Reality für HMI und Maschinendiagnose sowie Lernsoftware für virtuelles Training.

Wichtigstes Ziel ist es, die kritischen Punkte in diesem Stadium des Lebenszyklus zu lösen. Die Anforderungen von Maschinenbauern umfassen erfahrungsgemäß Themen wie

  • bessere Diagnose,
  • kürzere Entwicklungszeiten oder
  • eine präzisere Planung bei der Dimensionierung der Antriebe.

Maschinenbauer können diese Anwendungen bei sich selbst einsetzen und dabei auf Lenze bauen. Der Hersteller berät bei der Auswahl der passenden Tools und kann bei der Modellierung von Simulationen und virtueller Inbetriebnahme unterstützen, sodass diese Anwendungen direkt beim Kunden lauffähig werden. Erste Projekte wurden bereits realisiert, darüber hinaus hat Lenze einen entsprechenden Showcase vorbereitet, der das Vorgehen und die erweiterten Möglichkeiten des digital Engineerings durch Simulation und virtuelle Inbetriebnahme demonstriert.

Ziel: standardisierte Formate und Schnittstellen

Während heute noch unterschiedliche Datenmodelle für die verschiedenen Anwendungen benötigt werden, sollen in Zukunft standardisierte Formate und Schnittstellen Verwendung finden. Entsprechende Konzepte sind bereits unter dem Namen FMU (Functional Mock-up Units) beziehungsweise FMI (Functional Mock-up Interfaces) entwickelt. Lenze unterstützt die gängigen Tools, die auf dem Markt verfügbar sind und entwickelt zudem seine Toolchain für das digitale Engineering kontinuierlich weiter.

Ob bessere Diagnose, kürzere Entwicklungszeiten oder eine präzisere Planung bei der Dimensionierung der Antriebe: Durch Simulation im digitalen Engineering und paralleles Engineering lassen sich Maschinenkonzepte effizient und schnell umsetzen sowie kostenintensive Nacharbeiten vermeiden. Möglich wird dies durch eine interdisziplinäre Entwicklung, indem vor allem Steuerungs- und IoT-Software an einer virtuellen Maschine bereits in frühen Konzept- und Entwicklungsphasen geprüft und validiert werden kann.

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