Motivation

Über den Lebenszyklus einer Fertigungsanlage entsteht eine Vielzahl an Daten: Beim Engineering, im Betrieb, bei Service und Instandhaltung. Diese Daten werden von den verschiedenen, am Lebenszyklus beteiligten Stakeholdern generiert und benötigt, sowohl innerhalb einer Firma als auch über Firmengrenzen hinweg. Die durchgängige Verfügbarkeit und Weiterverwendbarkeit der Daten für diese Stakeholder ist jedoch nur in gewissen Grenzen gegeben.

Ein Lösungsansatz dafür ist, die durchgängige Nutzung eines Digitalen Zwillings, also einer digitalen Repräsentation des physischen Systems. Dieser soll einerseits die Daten äquivalent zur digitalen Lebenslaufakte halten und gleichzeitig Zugriff auf die aktuellen, realen Zustandsdaten bieten.

Die Kette der Durchgängigkeit soll im Projektrahmen bei Herstellern von Anlagenkomponenten beginnen. Das bedeutet schon, die Anlagenkomponenten werden mit einem Digitalen Zwilling ausgeliefert. Dieser enthält alle notwendigen Daten und Schnittstellen, um das reale Gegenstück im Engineering und der Inbetriebnahme schnell in die Anlage einzubinden. Das bedeutet, analog zum realen System wird auch der Digitale Zwilling komponentenbasiert aus Verteilten Digitalen Zwillingen aufgebaut.

Zielstellung

Das Projekt DAVID zielt darauf ab, die bestehenden Konzepte digitaler Zwillinge als verteilte Modelle auf die Komponentenebene zu adaptieren und diese basierend auf Multiagentensystemen zu Anlagen zu integrieren. Dafür wird ein integrierbares Austauschformat für Verteilte Digitale Zwillinge (VDZ) konzipiert und prototypisch aufgezeigt, wie diese Datenstrukturen zu Anlagenmodellen integriert werden können (summativer Digitaler Zwilling).
 

Ein verteilter digitaler Zwilling ist somit auf eine Anlagenkomponente bezogen, kann deren aktuellen Zustand innerhalb der Anlage bereitstellen und umfasst eine Informationshaltung entsprechend der digitalen Lebenslaufakte (z.B. Dokumente).

Grundlagen und Innovationen

Als zentrale technische Grundlagen ist neben den industriellen Umsetzungen digitaler Zwillinge die aktuelle Forschung zum virtuellen, durchgängigen Engineering und agentenbasierten Steuerungskonzepten zu nennen. Der Verteilte Digitale Zwilling stellt eine Anforderungsdefinition an die konkrete Ausgestaltung eines Digitalen Zwillings dar, die im Projekt erarbeitet wird. Auf dieser Basis wird ein Austauschformat, zur Weitergabe Verteilter Digitaler Zwillinge konzipiert. An konkreten Anwendungsfällen wird gezeigt, wie Integration und Kopplung von VDZ umgesetzt werden. Die Projektpartner repräsentieren dafür die relevanten Rollen entlang des Anlagenlebenszyklus und erweitern im Projekt ihre IT-Infrastruktur, sodass sie VDZ erstellen, bearbeiten, integrieren und im-/exportieren können.

Zukünftige Anwender sind somit alle Unternehmen entlang des Lebenszyklus einer Anlage. Komponentenhersteller können mit dem Austauschformat Informationen zu Ihren Komponenten bereitstellen, die Entwickler der Anlage können diese schnell zu einem Digitalen Anlagenzwilling zusammenführen und der Betreiber der Anlage wird durch den digitalen Zwilling in die Lage versetzt, seinen Anlagenbetrieb zu optimieren. Der digitale Zwilling kann als unternehmensübergreifende Datenbasis genutzt werden und ermöglicht neben Prozessoptimierungen auch die Etablierung datenbasierter Geschäftsmodelle.

Begriffsverständnis

Im Projekt DAVID werden die zentralen Begriffe wie folgt definiert:

Der Digitale Zwilling (DZ) einer Anlage(-nkomponente) besteht aus digitalen Dokumenten und Strukturinformationen, über seinen Lebenszyklus hinweg und ist ein dynamisches Modell der Anlage(-nkomponente), das reale Zustände in Echtzeit digital abbildet. Die anteilige Ausprägung dieser beiden Komponenten kann variieren. DZ und reale Komponente gehören untrennbar zusammen. Mit dem DZ werden die Daten der realen Komponente zur Nutzung bereitgestellt. Ein darauf aufsetzendes System, zum Beispiel zur Anlagensteuerung, stellt eine Nutzungsmöglichkeit des DZ dar, ist jedoch nicht Teil des DZ.

Ein Verteilter Digitaler Zwilling ist eine Anforderung an die konkrete Ausgestaltung eines DZ. Er ist in sich gekapselt, bietet Schnittstellen zur Integration und Kopplung mit anderen VDZ. Zur einfachen Übergabe zwischen verschiedenen Akteuren im Anlagenlebenszyklus kann ein Austauschformat verwendet werden. VDZ können durch Integration und Kopplung ineinander verschachtelt werden und weisen entsprechend eine strukturelle Rekursivität auf. Der DZ einer Gesamtanlage kann so aus VDZ seiner Komponenten/Module aufgebaut werden.