Bericht

Im Rahmen des Projekts „Technische Infrastruktur für digitale Zwillinge“ entsteht im Teilprojekt „Digitaler energetischer Zwilling“ (DeZ) ein Konzept zur automatisierten und generischen Bereitstellung von Simulationsmodellen für häufig auftretende Anwendungsfälle (z.B. Virtuelle Inbetriebnahme, Energetische Bewertung) innerhalb des Lebenszyklus eines Systems (Komponente, Maschine oder Anlage). Das Konzept basiert auf der standardisierten Beschreibung der Verwaltungsschale (englisch: Asset Administration Shell, AAS) der Plattform Industrie 4.0. Die AAS kann als der digitale Zwilling angesehen werden, der ein System auf verschiedenen Ebenen digital beschreibt. Durch die automatisierte und toolübergreifende Bereitstellung wird der Entwicklungsprozess des Maschinenentwicklers optimiert und aus Sicht der Zuliefererindustrie können neuartige digitale Geschäftsmodelle etabliert werden. Im Projekt DeZ mitwirkende Unternehmen sind KEB, Lenze und Weidmüller sowie die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe.

Energetische Transparenz und Bewertung
Zu Beginn des Pilotvorhabens DeZ wurden verschiedene Use Cases im Lebenszyklus einer Maschine definiert. Diese erstrecken sich über die Entwicklung, die virtuelle Inbetriebnahme bis hin zur Bewertung des Energieverbrauches eines gesamten Maschinenverbundes.

Die energetische Transparenz soll einen Maschinen- oder Anlagenbauer und den späteren Maschinenbetreiber über den gesamten Lebenszyklus seines Assets unterstützen. Transparenz wird realisiert, indem Energieflüsse und Verluste einer Maschine dargestellt werden, die aus Teilkomponenten der verschiedenen Zulieferer bestehen. Der Maschinenentwickler kann die modellbasierte Bewertung verschiedener Betriebsarten (Normal, Fehlerszenarien, Spitzenlast, Wochenende, …) seines Assets durchführen.

Simulationsmodelle automatisiert für alle Tools bereitstellen
Die modellbasierte Entwicklung von Maschinen und Anlagen stellt eine etablierte Vorgehensweise im Entwicklungsprozess dar. In diesem Zuge wird das Simulationsmodell der Maschine oder Anlage aus Teilmodellen zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt.

Je nach Untersuchungsschwerpunkt wird ein anwendungsfallspezifisches Simulationsmodell gewählt. Die Teilmodelle, die der Nutzer hierfür verwendet, stammen bspw. aus einer unternehmensinternen Modellbibliothek. Alternativ werden sie von entsprechenden Komponentenzulieferern für ein spezifisches Simulationstool bereitgestellt, wobei die Modellparameter häufig in einem proprietären Dateiformat weitergegeben werden. Ein sehr häufig auftretendes Hindernis ist, dass diese Dateiformate auf spezifische Simulationstoolumgebungen zugeschnitten sind und nicht auf andere Tools übertragbar sind. Das soll mithilfe des DeZ-Projektes geändert werden.

Zur automatisierten Bereitstellung von Simulationsmodellen bedarf es standardisierter Informationsmodelle, die semantisch eindeutig die Eigenschaften der Modelle und ihrer Schnittstellen, sowie Beziehungen zwischen Modellen beschreiben können. Mit Hilfe der Verwaltungsschale können zusätzlich zu einem Simulationsmodell diverse Zusatzinformationen bereitgestellt werden.

Einfach zum Gesamtmodell
Als wesentliche Basis für den Austausch von Modellen dient ein Zwischenformat, welches alle wesentlichen Informationen für die Simulationsgenerierung enthält: Interfaces und Ports der Komponentenmodelle, Verknüpfungsinformationen von Gesamtsystemen, Parameter und weitere Metadaten. Im Rahmen von DeZ wurde eine Simulation Model Description (SMD) entwickelt, in der diese Daten in einem generisch lesbaren Format auf Basis der Verwaltungsschale vorliegen. Dieses Format können vor allem Simulationstool-Hersteller für die Generierung eines toolspezifischen Gesamtmodells nutzen.

Den Partnern ist es damit gelungen ein Zwischenformat zu entwickeln, das eine automatisierte Generierung eines dynamischen Simulationsmodells ermöglicht und die Zeitspanne vom Engineering bis zum ausführbaren Simulationsmodell signifikant verkürzt.

Am Thementag Digitaler Zwilling stellen Ihnen Thomas Pawlik von der TH OWL und Denis Göllner von der Firma Lenze live am SmartWarehouse Demonstrator in der SmartFactoryOWL das Prinzip vor.