Thema: Digitaler Zwilling

Wie in vielen Industriezweigen gewinnt auch in der Kunststofftechnik die Qualität spritzgegossener Bauteile aufgrund erweiterter Einsatzgebiete mit höheren mechanischen Belastungen zunehmend an Bedeutung und wird zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor für den langfristigen Unternehmenserfolg. Zunehmend komplexe Bauteilgeometrien, steigende Variantenvielfalt, höhere Anforderungen an Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz sowie wachsender Kostendruck führen jedoch dazu, dass etablierte Methoden der Qualitätssicherung vermehrt an ihre Grenzen stoßen. Gleichzeitig eröffnen die zunehmende Digitalisierung und Vernetzung im Rahmen von Industrie 4.0 produzierenden Unternehmen innovative Möglichkeiten für die qualitätsorientierte und datengetriebene Weiterentwicklung und Optimierung von Produkten und Prozessen. Der Digitale Zwilling als Basis prozess- und unternehmensübergreifender Datenanalytik eröffnet in der Kunststofftechnik neue Möglichkeiten, die Prozess- und Bauteilqualität ...

Ein schneller Informationsfluss innerhalb der gesamten Lieferkette ist für eine Risikominimierung unvermeidlich und in unbeständigen Zeiten bzw. Krisensituationen diskussionslos. Der Informationsfluss innerhalb der Supply Chain ist dabei von verschiedenen Übertragungsformen geprägt: EDI, Cloud-Anwendungen und andere System-Schnittstellen sind in den verschiedenen Bereichen der Wertschöpfungsnetzwerke zur digitalen Risikoüberwachung und Prozesseffizienzsteigerung vorhanden. Werden die Unternehmensprozesse genauer betrachtet, bleibt ein Bereich bisher digital unterrepräsentiert: Der digitale Zwilling eines Produktionswerkzeugs. Den Umgang mit diesen Produktionswerkzeugen gilt es nun auf eine neue Ebene zu heben.

Mit bedienerseitigen Eingriffsmöglichkeiten erlauben semi-autonome Systeme eine bessere Bewältigung auftretender Komplexitäten als vollautonome Systeme. Der Einsatz eines digitalen Zwillings ermöglicht eine neuartige Schnittstelle für die Interaktion mit solchen Systemen. Dieser Beitrag beschreibt die Implementierung der Steuerung und Nutzerschnittstelle in einem System mit digitalem Zwilling. Es wird gezeigt, wie die entwickelte Steuerungsarchitektur die Einbindung verschiedener Methoden der Mensch-Technik-Interaktion und die Durchführung virtueller Schulungen ermöglicht. Auf diese Weise kann die Steuerung des Systems über die Betriebsphase hinaus in anderen Phasen des Lebenszyklus verwendet werden.

Der Digitale Zwilling ist auf dem besten Weg, ein elementarer Bestandteil der Unternehmenswelt zu werden. Unternehmenslenker erhoffen sich durch diese intelligenten Abbilder einer immer dynamischeren Unternehmensrealität eine deutliche Komplexitätsreduktion. Idealerweise können modellbasierte Analysen und (teil-)automatisierte Entscheidungen mittels Methoden der Simulationstechnik und der Künstlichen Intelligenz auf Basis eines optimierten IoT-Datenmanagements ihren Beitrag zu einer Unternehmensagilität leisten. Im Rahmen des Beitrags werden neben der Begriffs-/Konzeptdefinition sowohl aktuelle Herausforderungen thematisiert als auch verschiedene Anwendungsbeispiele vorgestellt. Darauf aufbauend wird ein Vorgehensmodell für die Einführung von Digitalen Zwillingen im Sinne der Technologiemigration präsentiert.

In der heutigen Industrie 4.0 müssen variantenreiche Robotersysteme eingesetzt werden, die mit Menschen kooperieren, um die Produktion flexibel auf Kundenwünsche anzupassen. Hierfür wird nachfolgend ein Ansatz vorgestellt, der die Steuerungssoftware mit Standard-Funktionsbausteinen für verschiedene Achsengruppen modular zusammenstellt und mit einem digitalen Zwilling in der Simulation erprobt. Die Robotersimulation basiert auf der Spielesoftware UnReal und kann durch Vorgabe der Denavit-Hartenberg-Parameter leicht auf unterschiedliche Kinematiken angepasst werden. Nach erfolgreicher virtueller Inbetriebnahme wird der Roboter durch Einzelachsen ebenso modular zusammengesetzt wie die Steuerungssoftware. Je nach Anwendung können Achsen hinzugefügt oder weggelassen werden. Der Ansatz ermöglicht einen schnellen und einfachen Entwurf des Robotersystems, seiner Steuerungssoftware und der Simulation für unterschiedliche Bewegungsaufgaben in der digitalen Fabrik.

Produktionsanlagen sind heute auf die Massenproduktion identischer Güter ausgelegt. Zwar besitzen sie oft eine gewisse Flexibilität, diese ist aber vorab klar definiert. Im Kontrast zu Flexibilität, wobei es sich um die Fähigkeit handelt, zwischen vordefinierten Produktvarianten zu wechseln, steht die Wandlungsfähigkeit. Die Wandlungsfähigkeit einer Anlage beschreibt die Fähigkeit, auch ungeplante Änderungen effizient durchzuführen. Diese sind heute mit einem hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Wandlungsfähigkeit erlaubt es Produzenten schneller auf veränderte Nachfragesituationen zu reagieren und auch Produktionsaufträge, die nur kleine Stückzahlen umfassen, effizient zu fertigen. Das Ziel hierbei ist es, eine effiziente Fertigung von Aufträgen mit der Losgröße Eins zu erreichen, also die individualisierte Massenproduktion. Bei dem Konzept des Digitalen Zwillings handelt es sich dabei um ein Schlüsselkonzept zur Umsetzung der geforderten Wandlungsfähigkeit.

Die Ausgabe beleuchtet zukunftsweisende Energiekonzepte für Lehr- und Forschungseinrichtungen, die Bedeutung von Nachhaltigkeit in der Industrie und die Auswirkungen von Industrie 4.0 auf Ökonomie, Ökologie und Gesellschaft. Sie untersucht die Kreislaufwirtschaft, Störungsmanagement in Produktionssystemen, Rückverlagerungen von Produktionen und die Transformation der Arbeitswelt im digitalen Zeitalter.