Digitaler Zwilling und Virtuelle Inbetriebnahme

Standardisierter und durchgängiger Einsatz des digitalen Zwillings im Maschinen- und Anlagenbau

Entdecken Sie das Potenzial des digitalen Zwillings! Im Rahmen von Industrie 4.0 spielt dieses Konzept eine tragende Rolle, denn es soll alle relevanten Informationsmodelle für Automatisierungskomponenten und Wirkketten gebündelt und als digitale Repräsentanz bereitstellen. Dazu gehören beispielsweise Dokumentation sowie Geometrie- und Simulationsmodelle, die durchgängig entlang des Lebenszyklus verfügbar und verwendbar sein sollen: vom Engineering-Prozess über die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) und die Betriebsphasen bis zum Recycling. Tauchen Sie ein in die Welt des digitalen Zwillings und bringen Sie Ihre Produktion mit unserer Unterstützung auf die nächste Stufe.

Digitale Zwillinge sind viel mehr als nur 3D-Modelle. Sie sind digitale Abbilder von realen physischen Objekten mit vielerlei Informationen der Komponenten sowie Systemzusammenhängen. Das umfasst die eindeutige Beschreibung ihrer Fähigkeiten, ihrer Rolle innerhalb der Maschine, ihres Verhaltens, die Simulation ihrer Kinematik und Kinetik sowie ihrer Kommunikation. Die Industrie-4.0-Maschinenarchitektur basiert vollständig auf digitalen Zwillingen, die mit ihrer standardisierten Kommunikationsschnittstelle praktisch während des gesamten Lebenszyklus einer Maschine das Leben unserer Kunden erleichtern: Von der virtuellen Inbetriebnahme über die Steuerung der Maschine bis zur Datenerhebung und den daraus resultierenden Mehrwertdiensten wie Wartung oder Diagnose. Die Verwaltungsschale wird als zentrales technisches Element genutzt, um digitale Zwillinge umzusetzen.

Die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell)

Die Verwaltungsschale ist ein Konzept, welches digitale Zwillinge für Industrie 4.0 praktisch implementiert und Interoperabilität zwischen den Lösungen verschiedener Anbieter herstellt. Sie ermöglicht die Nutzung verschiedener Kommunikationskanäle und Anwendungen und dient als Bindeglied zwischen Objekten des Internet of Things und der vernetzten, digitalen und verteilten Welt.

Die Verwaltungsschale besteht aus einer Reihe von Teilmodellen, in denen alle Informationen und Funktionalitäten eines bestimmten Assets beschrieben sind. Diese Teilmodelle können Merkmale, Charakteristika, Eigenschaften, Status, Parameter, Messdaten und Fähigkeiten enthalten und bieten einen standardisierten und herstellerübergreifenden Zugriff über alle Lebenszyklusphasen hinweg.

Beispielhafte Use Cases für den Einsatz des digitalen Zwillings

Digitales Typenschild

Auf dem Produkt aufgebrachte Typenschilder sind in ihrem Informationsgehalt durch die verfügbare Fläche auf dem Produkt oder durch die Größe des Produktes und die nutzbare Schriftgröße begrenzt. Das Teilmodell "Digitales Typenschild" stellt alle relevanten Informationen inklusive Zertifikate und Dokumentationen digital zur Verfügung.

Dies sind Ihre Vorteile:

  • Spart Zeit und Kosten: sofortiger Zugriff auf aktuellste Dokumente
  • Keine Druck- und Logistikkosten: gültiger, herstellerübergreifender Standard nach DIN SPEC 91406
  • Nachhaltigkeit: schont Ressourcen und macht Papierdokumentation überflüssig
  • Weltweite Verfügbarkeit: macht Dokumente in der jeweiligen Landessprache sowie die lokalen Zertifikate (CE, CCC, …) verfügbar

Strukturierte maschinenlesbare technische Daten

Technische Daten von Komponenten und Systemen werden in einem eigenen Teilmodell erfasst und liegen strukturiert und semantisch eindeutig vor. Somit können diese Informationen im Gegensatz zu den heutigen Dokumenationen automatisiert erfasst und verarbeitet werden.

Dies sind Ihre Vorteile:

  • Ein zentraler Informationscontainer enthält alle wichtigen Produktdaten.
  • Keine umständliche Suche in herstellerspezifischen Onlineportalen oder Papierdokumentationen.
  • Die technischen Daten und Merkmale sind semantisch eindeutig beschrieben und liegen maschinenverarbeitbar vor.

Virtuelle Inbetriebnahme

Zugeschnittene Verhaltensmodelle für die virtuelle Inbetriebnahme ermöglichen eine Parallelisierung der Entwicklungsschritte und verkürzen dadurch die Time-to-market.

Dies sind Ihre Vorteile:

  • Reduzierter Zeitbedarf für Entwicklung und Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen.
  • Erhöhte Modellqualität durch Nutzung des Domänenwissens von Festo.
  • Reduktion des Entwicklungs- und Wartungsaufwands für Modellbibliotheken.

Woher bekommt man erste Verwaltungsschalen?

Wir haben bereits damit begonnen, Verwaltungsschalen für ausgewählte Komponenten zu erstellen. Diese werden kontinuerlich um neue Teilmodelle erweitert sowie auf zusätzliche Produkte ausgeweitet. Für oben gezeigte Produktfamilien sind bereits erste Verwaltungsschalen für Ihren Piloteinsatz verfügbar. Hierbei sind folgende Submodelle realisiert:

  • Digitales Typenschild
  • Kontaktinformationen
  • Technische Daten
  • Dokumentation
  • CAD Modelle
  • ECAD Modelle

Wir entwickeln fortlaufend Verwaltungsschalen für weitere Produktfamilien sowie weiterführende Submodelle. Die aktuell verfügbaren Verwaltungsschalen für oben genannte Produkte finden Sie in unserem Shop im Bereich des CAD-Download unter der Bezeichnung "Digitaler Zwilling". Beispiel: Digitaler Zwilling für einen Mini-Schlitten DGST. (Login erforderlich)

Zum einfachen Betrachten der Verwaltungsschalen empfehlen wir den AASX-Package-Explorer, welcher von der Industrial Digital Twin Association bereitgestellt wird. Besuchen Sie hierzu idtwin.org.

Simulation und virtuelle Inbetriebnahme

Ein wichtiger Anwendungsfall der Simulation ist die virtuelle Inbetriebnahme. Im digitalen Modell kann der Maschinenentwickler mit verringertem Aufwand testen, wie sich die realen physischen Antriebe bewegen, und Signale aus dem Wegmesssystem oder von Endlagensensoren weiterverarbeiten. Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht es, Prozesse während der Konstruktionsphase einer Maschine oder Anlage zu parallelisieren, eine höhere Qualität bei der Entwicklung des Steuerungsprogramms sicherzustellen und die Zeit für die reale Inbetriebnahme auf dem Shopfloor zu verkürzen.

Wir unterstützen aktiv die Entwicklung des Teilmodells "Simulation Model" für die Verwaltungsschale und setzen zur Abbildung des Verhaltens auf das herstellerübergreifende Standardformat FMI/FMU (Functional Mockup Interface/Functional Mockup Unit). Dieser offene Standard gewinnt zunehmend an Bedeutung und wird mittlerweile auch von namhaften Toolherstellern unterstützt. Die Vorteile sind der einfache Austausch von Modellen und deren herstellerübergreifende Integration.