Digitaler Zwilling ermöglicht individuelle Lösungen aus Standartteilen

Christoph Bayer leitet ECAD-PORT, ein Unternehmen, das Hersteller in Maschinenbau und Elektroindustrie bei Aufbau und Betrieb von Bauteildatenbanken begleitet. Solche Systeme liefern über die Grenzen einzelner Hersteller und Produktgruppen hinweg alle nötigen Informationen, die Nutzer von ECAD oder MCAD für ihre Anwendungen benötigen. HARTING unterstützt die Software E³.Series der Anbieter Cadenas und Zuken mit Schnittstellen-Daten. ECAD-Port leistet den Service zu E³ in Deutschland. Bayer schildert die Vorteile von Bauteil-Bibliotheken für die digitalisierte Fertigung und die Rolle Digitaler Zwillinge.

tec.news: Welche allgemeinen Trends beobachten Sie derzeit im Bereich Computer Aided Engineering/Online-Bauteil-Bibliotheken?

C. Bayer: „Configure-to-order“ (CTO)-Verfahren liegen im Trend. Hier konfiguriert der Kunde ein Produkt nach seinen Wünschen und Bedürfnissen, wobei er die Entwicklungen des Herstellers als Basis nutzt. Der weitere Prozess verläuft automatisch: von der Bestellung der Teile über die Einrichtung der Arbeitsplätze und die Fertigung bis hin zu digitalen Qualitätsprüfungen, Vertriebs- und Service-Prozessen. Dabei entstehen neue Produkt-Konfigurationen, die ihre Basis in qualitativ hochwertigen CAx-Bibliotheken haben. Viele Firmen arbeiten daran, ihre Bauteile entsprechend zu dokumentieren und die Qualität ihrer Datensätze zu verbessern. Die „individuelle“ Fertigung braucht konsistente Produkt-Stammdaten – nicht nur für den Herstellerbedarf, sondern auch, um Anwender bei der Digitalisierung zu unterstützen.

tec.news: Welche Rolle spielen digitale Zwillinge schon heute in der Industrie?

C. Bayer: CTO existiert bislang vor allem in der Autoindustrie. Die Verfahren gehen oft mit der Nutzung digitaler Zwillinge einher. Aber auch in anderen Maschinenbau-Bereichen wird es immer wichtiger, Konstruktionsdaten für Folgeprozesse zur Verfügung zu stellen und bestehende Datenmodelle aufgrund von Erfahrungen weiter zu entwickeln. Im Unternehmen führt die Orientierung am digitalen Zwilling vor allem zu Änderungen der Kommunikationsstruktur: Abteilungen wie Forschung und Entwicklung, Elektrik, Mechanik und Hydraulik usw. müssen sich auf eine gemeinsame elektronische Datenbasis einigen. Systeme wie PLM (Entwicklung) und EAP (Fertigung) wachsen zusammen. Das setzt voraus, dass es einheitliche Formate und Codes gibt (z.B. ECAD).

tec.news: Wie definieren Sie den digitalen Zwilling?

C. Bayer: Der digitale Zwilling ist die Vorlage und das Abbild eines Produkts in Datenform. Er wächst während des Produkt-Lebenszyklus, parallel zu dessen Realisierung: von der Modell-Entwicklung über die Auslieferung an den Kunden bis hin zur Außerbetriebnahme und Entsorgung. Das „Double“ enthält nicht nur die nötigen technischen Beschreibungen, sondern auch Seriennummer, Charge, Gewährleistungen, mögliche Rückrufe sowie Listen der verbauten Komponenten. Der Zwilling kann darüber hinaus auch mit Performance-Daten gefüttert werden, was für die Diagnose und vorausschauende Instandhaltung wichtig ist.

tec.news: Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit ein Hersteller seinen Kunden Produktdaten für die Entwurfsautomatisierung zur Verfügung stellen kann?

C. Bayer: Die Hersteller stehen erst einmal vor der Aufgabe, die Medienbrüche zwischen ihren Abteilungen zu beseitigen. Die interne Kommunikation muss barrierefrei werden. Alle Abteilungen erhalten Zugang zu verbindlichen, automatisch erzeugten Stücklisten. Auch die Intelligenz des Product Lifecycle Managements (PLM) fließt mit ein. Aus dem digitalen Zwilling speisen sich Programme zur Entwurfsautomatisierung wie MCAD und ECAD. Er bildet den Bezugspunkt für alle Stationen bis hin zur Bereitstellung einer Ware. Es gibt nur noch die eine „Single source of truth“, die ständig aktuell ist. Anwender müssen nur über die nötigen Entwicklungs- und Datenmanagementsysteme verfügen, um diese Quelle anzuzapfen.

tec.news: Welchen Mehrwert bietet das Arbeiten mit einem digitalen Zwilling?

C. Bayer: Der Anwender kann sich bei Entwicklungen auf sein Kerngebiet konzentrieren. Er erhält alle nötigen Informationen zu Komponenten und kann sicher sein, dass Schnittstellen und weitere Komponenten zu seiner Umgebung passen. Der digitale Zwilling erleichtert Simulationen, die Produktion neuer Chargen bestehender Komponenten lässt sich mit ihm schnell beauftragen. Der Anwender hat darüber hinaus die Möglichkeit, sich bei der Instandhaltung von Komponenten vom Hersteller unterstützen zu lassen. Der Datenzwilling erhöht das Tempo bei Komponenten-Änderungen und macht den neuesten Stand für alle Beteiligten verbindlich.

tec.news: Was gehört für Sie noch zum digitalen Zwilling? Welches sind die nächsten Schritte?

C. Bayer: Die Produkt-Bibliothek soll innerhalb der Community der Beteiligten barrierefrei sein. Der Hersteller muss sich die Hoheit über seine Daten bewahren. Content-Management-Systeme eröffnen die Möglichkeit, den digitalen Zwilling oder Teile davon gezielt nur bestimmten Anwendergruppen zur Verfügung zu stellen. Der Zugang zur Bibliothek lässt sich weiter nach den Kategorien „extern“ und „intern“ filtern. Für die Kommunikation mit anderen Systemen bedarf es eines einheitlichen Formats, also z. B. .xml, mit dem auch komplexe Entwürfe allgemein interpretierbar sind.

Der digitale Zwilling begleitet das Produkt nicht nur bis zur Auslieferung an den Kunden. Er lebt weiter: Er wurde in der Produktion beim Hersteller mit Daten angereichert. Die Kunden bekommen alle Daten, die für sie sinnvoll zu nutzen sind, mit auf den Weg. So können sie den digitalen Zwilling weiter mit Performance-Daten anreichern. Das Datenabbild wird zum wichtigen Instrument der vorausschauenden Instandhaltung. Der Anwender sendet Rückkopplungen und stellt damit sein Erfahrungswissen für die Weiterentwicklung des Zwillings zur Verfügung.

tec.news: Wohin geht die Reise bei herstellerübergreifenden Online-Produktdatenbanken?

C. Bayer: Produktdaten-Bibliotheken werden künftig von der Masse der Unternehmen eines Industriezweigs mitgestaltet und genutzt. Ziel ist es, die Beschreibungen von Komponenten so zu gestalten, dass einheitliche Koordinaten entstehen. Entsprechende Beschreibungen fördern die Vergleichbarkeit von Produkten. Elektronische Produkt-Datenbanken überschreiten die Grenzen von Einzelunternehmen. Die Dokumentation der Zukaufteile fließt automatisch ein in die Entwicklungs-, Produktionsplanungs- und Steuerungssysteme der Anwender. Feedbacks laufen zurück zum Hersteller. Verbindliche Datenqualität und standardisierte Kommunikationsflüsse sorgen dafür, dass Zulieferteile tatsächlich in die Applikationen passen.

Der Workflow für die Konstruktion sieht künftig so aus: Über Online-Portale durchsuchen die Konstrukteure elektrotechnischer Komponenten die Produktpaletten der Hersteller von Bauteilen. Sie wählen die Teile aus, die sie benötigen und lösen den Datentransfer ins eigene Konstruktionsprogramm aus. Alle relevanten Informationen wie Metadaten, Symbole und Bauformen der Produkte werden nun in standardisierter Form übertragen. Die Anwender müssen nur noch bestellen und die Lieferung der Komponente abwarten, um sie in ihr Produkt integrieren zu können.

tec.news: Welchen Zusammenhang sehen Sie zwischen dem digitalen Zwilling und dem Nutzen von KI-Mechanismen?

C. Bayer: Das kommt ganz darauf an, wie weit Sie die Frage fassen wollen. Mit Hilfe des Digitalen Zwillings kann eine vorrausschauende Instandhaltung – „predictive maintainance“ – betrieben werden. Daraus ergibt sich beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt die Notwendigkeit eines Ölwechsels, z.B. aufgrund von Lastwechseln oder Betriebszuständen der Maschine. Tritt der Zustand wieder auf, werden Ölwechsel früher oder später im regelmäßigen Zyklus eingeplant. So kann die Maschine effektiver und leistungsfähiger betrieben werden. Basis hierfür ist definitiv Künstliche Intelligenz.

tec.news: Wo genau ist die KI in einem solchen Fertigungsszenario zu verorten?

C. Bayer: Die lernende Einheit, die künstliche Intelligenz, kann nur in der Cloud sein. Sie muss laufend von allen „Ansprechpartnern“ des Produkts lernen; gleich, ob das die Servicewerkstatt ist, die einen unnatürlichen Verschleiß dokumentiert, oder die Entwicklungsabteilung, die Rückruf-Aktionen veranlasst oder Lastzyklen ermittelt.