„Durch den Einsatz der Künstlichen Intelligenz kann man den Menschen wieder näher an die Produktion heranholen“

Neue Chancen durch digitale Entwicklungs- und Produktionsprozesse und Einsatzszenarien für digitale Zwillinge

Ein Kommentar von Martin Ruskowski, TU Kaiserslautern, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Steuerungen (WSKL)

Ein cyber-physisches Produktionsmodul bildet die oberste Ebene cyber-physischer Systeme in der Produktion. Es bietet übergeordneten Systemen, zum Beispiel MES-Syste­men, die Funktionalität an, ein Bauteil zu bearbeiten. Seit langem spricht man bereits von cyber-physischen Syste­men. Hier handelt es sich um elektromechanische Syste­me, die durch einen Rechner und entsprechende Kommunikationsschnittstellen intelligenter werden, zum Beispiel kleine Sensoren, Aktoren oder Motoren. In der Produkti­on finden sich meist größere Produktionszellen, die ein Bauteil bearbeiten und im Prozess weitergeben. Kommt nun ein cyber-physisches Produktionsmodul zum Einsatz, bietet es den Dienst an die übergeordneten Systeme an, das Bauteil zu bearbeiten.

Informationen an den digitalen Zwilling weiterleiten

An dieser Stelle setzen digitale Zwillinge an. Über die Schnittstellen eines cyber-physischen Systems ist es möglich, seine internen Zustände und Messdaten an ein parallel laufendes Rech­ner-Modell, den digitalen Zwilling, weiterzulei­ten. Auf dieses digitale Abbild kann dann jeder­zeit zugegriffen werden. Hinzu kommt die Mög­lichkeit, durch die Methoden und den Einsatz der Künstlichen Intelligenz, den Menschen wieder näher an die Produktion heranzuholen. Digitale Entwicklungs- und Produktionsprozesse kom­men somit nicht in menschenlosen Produktionen zum Einsatz, sondern in den Produktionen, in denen Mitarbeiter sehr eng mit eingebunden wer­den, um zum Beispiel die Produktqualität oder detaillierte Produktionsschritte zu verbessern.

Für den Einsatz von digitalen Zwillingen in der Produktion sehen wir im Wesentlichen zwei Szenarien: Das eine sind die digitalen Zwillinge der Produktionsmittel, der Assets, die über die Lebensdauer der Produktionsanlage helfend un­terstützen können. Dies kann schon in der Phase der Planung und Programmierung der Anlage beginnen, beispielsweise anhand eines Simulati­onsmodells. Später im Prozess kann der digitale Zwilling als Abbild der Maschine, die synchron mit der realen Maschine läuft, dazu dienen, dass tiefe Einblicke in die Abläufe innerhalb der Pro­duktionsanlage „vom Schreibtisch aus“ vorge­nommen werden können. Dies erfolgt, indem Messwerte und Signale von der realen Anlage in den digitalen Zwilling eingespielt werden. Somit kann die Produktion auf dem Rechner mitver­folgt werden. Ein Vorteil von diesem Vorgehen ist, dass durch den tiefen Einblick in die Maschi­ne viele Situationen deutlich besser erkannt wer­den können.

Am fertigen Produkt den gesamten Fertigungsprozess nachverfolgen

Der zweite wesentliche Einsatz für digitale Zwil­linge liegt bei der Betrachtung der Produkte ent­lang ihrer Herstellung auf der Produktionsanla­ge. Dabei verfolgt der digitale Zwilling das Pro­dukt von den Rohmaterialen bis zum fertigen Produkt, und sogar darüber hinaus beim Kun­den. In den digitalen Zwilling des Produkts kön­nen alle Produktionsdaten abgelegt werden, was vor allem für konfigurierbare Produkte interes­sant ist. Somit können Messwerte und Signale aus der Produktion abgelegt werden, sodass es mög­lich wird, jederzeit später am fertigen Produkt

den gesamten Fertigungsprozess nachzuverfol­gen. Ein Vorteil hiervon ergibt sich beim Auftre­ten von Qualitätsmängeln: eine Analyse der Schwachstellen der Produktion ermöglicht es, den Fehler für den weiteren Produktionsverlauf zu beheben. Weiterhin kann der digitale Zwilling während der Nutzungsdauer des Produktes ge­pflegt werden. So können zum Beispiel War­tungsarbeiten an den Maschinen oder Modifika­tionen des Produkts hinterlegt werden. Letztlich verfügt der Produzent jederzeit im Rechner über ein Abbild und somit über eine Zugriffsmöglich­keit auf das Produkt. Hier muss lediglich sicher­gestellt werden, dass regelmäßig ein Abgleich zwischen realem Produkt und digitalem Zwil­ling erfolgt.