KEM Konstruktion 01-02.2019

TRENDS
SERIE DIGITALER ZWILLING
Serie Grundlagen der Technik – Teil 1: Digitale Zwillinge aus virtuellen Baugruppen
Simulationslösungen
reduzieren Entwicklungskosten
Mithilfe virtueller Baugruppen werden Digitale Zwillinge realisiert, die nicht vom realen System zu unter -
scheiden sind. Durch die Kombination realer und virtueller Komponenten können Unternehmen eine Anlage
bereits in der Konzeptphase „betreiben“. Sie führen damit reale Inbetriebnahmen an virtuellen Komponenten
durch und nutzen ihre Schattenanlagen parallel zur realen Produktion.
Oliver Riedel, Christian Scheifele, Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
(ISW), Universität Stuttgart; Hanna Kuhn, Christian Daniel, ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, Stuttgart
Reale Inbetriebnahmen an virtuellen
Komponenten
Bild: ISG Steuerungstechnik
Unternehmen können Maschinen und Anlagen heute nur wirtschaftlich,
in hoher Qualität und mit kurzen Lieferzeiten herstellen,
wenn sie diese weitgehend aus wiederverwendbaren Modulen
(zumeist mechatronischen Baugruppen) konfigurieren. Virtuelle
Baugruppen, die sich hinsichtlich der Schnittstellen, des Verhaltens
in Steuerungsechtzeit und der Parametrierung 1:1 wie reale
Baugruppen verhalten, ermöglichen die Erstellung Digitaler Zwillinge,
die ihren realen Gegenübern zu 100 %entsprechen. Sie dienen
als Grundlage für belastbare Integrations- und Systemtests, mit denen
Unternehmen neue beziehungsweise adaptierte Produktionsanlagen
noch vor dem Produktionshochlauf hinsichtlich Qualität und
Performance absichern können. Die Aufwände solcher Tests können
durch Methoden der Testautomatisierung reduziert und dabei die
Testqualität massiv gesteigert werden. Die Voraussetzung sind
Hardware-in-the-Loop Echtzeitsimulationssysteme
mit virtuellen
Baugruppen, die Anwender oder
Testautomaten durch reale
Steuerungen im Sinne eines Systemtests
steuern. Das Simulationssystem
steht bereits in der
Entwicklungsphase allen Unternehmensbereichen
als Integrationsplattform
zur Verfügung. Es
begleitet die Anlage über ihr gesamtes
Produktleben und ist jederzeit
verfügbar für virtuelle Inbetriebnahmen,
Anlagenoptimierungen
im Betrieb, Fernwartung,
Mitarbeiter- und Kundenschulungen
etc. Simulationsmodelle gestatten
Planungsansätze, die die
reale Welt möglichst ohne Einschränkungen
abbilden, um flexible und rekonfigurierbare Produktionsanlagen
verwirklichen zu können. Die virtuellen Baugruppen sind
in einer Bibliothek abgelegt und unterstützen den schnellen Aufbau
neuer virtueller Anlagen. Mit Ansätzen zur automatischen Modellgenerierung
kann der wirtschaftlichen Einsatz Digitaler Zwillinge im
Entwicklungsprozess neuer Kundenlösungen durch eine massive
Reduzierung der Aufwände bei der Modellerstellung gewährleistet
werden.
Virtueller Zwilling doubelt reale Komponenten
Ein Digitaler Zwilling aus virtuellen Komponenten verhält sich an
den Schnittstellen (in Steuerungsechtzeit) und hinsichtlich der Funktionalität
(Logik, Kinematik, Dynamik und Materialfluss) wie die realen
Komponenten. Somit können Maschinen- und Anlagenbauer Parameter
der realen Komponenten, zum Beispiel der Positionierantriebe,
inklusive der Betriebsarten 1:1 bidirektional austauschen. Digitale
Zwillinge sind in allen Phasen des Lebenszyklus einer Produktionsanlage
wichtig: In der ersten Phase „Design“ geht es um die
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