Bericht

Mit der vierten industriellen Revolution werden eine hohe Effizienz und Flexibilität auf Basis vernetzter Produkte und Services erreicht. Die Industrie 4.0 basiert dabei auf dem Austausch von Informationen, die durch semantische Anreicherung, interoperabel und automatisch interpretierbar sind. In dem it´s OWL-Innovationsprojekt Technische Infrastruktur für Digitale Zwillinge (TeDZ) haben sich Fraunhofer IOSB-INA, die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe, KEB, Lenze, Phoenix Contact, Weidmüller und Bosch Rexroth zusammengeschlossen, um mittels digitaler Abbildungen und interoperablen Schnittstellen Produkte und Services herstellerübergreifend miteinander interagieren zu lassen. Dies wird mit der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell), dem Digitalen Zwilling für die Industrie, umgesetzt und realisiert signifikante Einsparpotentiale.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Erprobung einer technischen Infrastruktur für digitale Zwillinge. Diese interoperable durchgängige Infrastruktur ermöglicht effizient den Zugriff auf die digitalen Beschreibungen und Teilmodelle von Maschinen, Produkten und Betriebsmitteln sowie deren Interaktion über den gesamten Lebenszyklus.

Im Rahmen des Projekts ist in der SmartFactoryOWL in Lemgo ein Demonstrator entstanden, welcher die auftragsgesteuerte Produktion durch die Interaktion zwischen digitalen Zwillingen von Produkten und Produktionssystemen umsetzt. Ein möglicher Ablauf sähe wie folgt aus:

1. Der Kunde konfiguriert und bestellt ein Produkt im Webshop der SmartFactoryOWL: beispielsweise eine „SmartLight“.
2. Der Verkäufer erschafft einen digitalen Zwilling und stattet ihn mit Kunden- und Konfigurationsdaten aus. Im weiteren Schritt übergibt er diesen digitalen Zwilling an den Produzenten.
3. Der Produzent fügt Teilmodelle zur Durchführung und Dokumentation der Produktion zum digitalen Zwilling hinzu und aktiviert den digitalen Zwilling.
4. Der digitale Zwilling der SmartLight kann nun jeden Produktionsschritt (Produktion, Transport, Einlagerung) steuern. Mittels eines standardisierten Bieterverfahrens interagiert er mit den digitalen Zwillingen der Produktionsanlagen in der SmartFactoryOWL:
   – Er fragt in die Runde, welche Produktionsanlage den aktuellen Produktionsschritt ausführen möchte.
   – Die digitalen Zwillinge der Produktionsanlagen gleichen die benötigten Fähigkeiten mit denen ihres physischen Zwillings ab. Sind die Fähigkeiten vorhanden, bestimmen sie einen Preis und einen Ausführungszeitpunkt und geben ein Angebot ab.
   – Der digitale Zwilling der SmartLight wählt das beste Angebot.
   – Die ausgewählte Maschine führt den Produktionsschritt aus. Die Ausführung wird im passenden Teilmodell des digitalen Zwillings der SmartLight dokumentiert.
5. Es folgt die Produktion mit einem Assistenzsystem, welches sich aus ihrem eigenen digitalen Zwilling und dem digitalen Zwilling der SmartLight bedient.
6. Die gefertigte SmartLight wird mit Hilfe eines fahrerlosen Transportsystems transportiert.
7. Die SmartLight wird im SmartWarehouse eingelagert. Die Einlagerung wird ausgelöst durch Aufruf einer Operation im digitalen Zwilling des SmartWarehouse.
8. Werden Produktionsmeilensteine erreicht, meldet der digitale Zwilling der SmartLight den Fortschritt zurück an den Verkäufer, der den Kunde informieren kann.

Somit wird in der SmartFactoryOWL die Kollaboration in einem Wertschöpfungsnetzwerk bestehend aus Produktentwicklung, Verkauf, Produktion und Kundschaft demonstriert. Durch die Verwendung der in TeDZ entwickelten Referenzinfrastruktur wird die digitale Souveränität der einzelnen Parteien bei der Weitergabe digitaler Zwillinge gewahrt.

Eine Live-Demonstration des Demonstrators können Sie am 21. April beim CIIT-Thementag Digitaler Zwilling erleben. Magnus Redeker von Frauenhofer IOSB-INA und Sergej Grunau vom Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe werden Sie durch den Prozess führen.

Zum Gesamtprojekt gehören außerdem zwei Pilotvorhaben, welche exemplarisch erprobt werden.
Im Pilotvorhaben Digitaler energetischer Zwilling (DeZ) werden digitale Zwillinge entwickelt, die das energetische Verhalten von Komponenten, Maschinen oder auch ganzen Anlagen über den jeweiligen Lebenszyklus abbilden und optimieren.
Im Pilotvorhaben AssetLife wird die technische Infrastruktur hinsichtlich Verfügbarkeit, Nachvollziehbarkeit und Vertraulichkeit erarbeitet. Die Infrastruktur muss sicherstellen, dass der digitale Zwilling in der jeweiligen Phase, wie z.B. Konfiguration oder Produktion, die notwendigen Informationen anbieten kann und diese auch angepasst werden können. Um die digitale Souveränität einzelner Parteien sicherzustellen und dieses ohne zentrale Stelle wie eine Cloud zu ermöglichen, wird im Pilotvorhaben „AssetLife“ ein Kollaborations-Netzwerk auf Basis von Block Chain, Block Storage (Interplanetary File System) und Git workflows erprobt. Mehr dazu erfahren Sie in den kommenden Beiträgen.