An der FH Vorarlberg werden verschiedene Arten von digitalen Zwillingen entwickelt und in Produktionsprozessen erprobt. Die virtuellen Kopien ermöglichen auch das sichere Training von Anlagepersonal.
Die Erwartungen an sie sind große. Insbesondere für die industrielle Fertigung und die Wartung von Maschinen verspricht man sich viel von digitalen Zwillingen. Die virtuellen Doppelgänger können das Verhalten komplexer Anlagen und Maschinen simulieren und helfen im Idealfall, Zeit und Kosten zu sparen. Kopiert kann dabei sowohl ein Produkt als auch ein Prozess aus der „realen“ Welt werden – und zwar auch schon bevor es dort losgeht. So können theoretisch ganze Produktionsprozesse zunächst virtuell entwickelt und entsprechend optimiert oder erweitert werden.
Exakte Verhaltensmodelle für eine gesamte Produktion zu erstellen ist allerdings extrem zeitaufwendig. In der Praxis sei das fast unmöglich, sagt Robert Merz, Leiter der Digital Factory an der Fachhochschule Vorarlberg (FHV). „Vielfach geht das sehr tief in die Physik hinein. Man muss Differentialgleichungen für sehr komplexe Prozesse, etwa die Wärmeleitung, Strömungslehre, Mechanik oder Elektrotechnik aufstellen.“
Anstatt eines solchen physikbasierten Ansatzes setzen Merz und sein Team an der FHV daher auf einen datenbasierten Ansatz. Durch Methoden des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz soll es möglich werden, automatisiert Verhaltensmodelle mittels eines Lernalgorithmus zu erstellen – dies zudem in kleinen Teilprozessen, die später automatisch zusammengefügt werden. „Bei uns ist der digitale Zwilling ein Simulationssystem, mit dem wir Eigenschaften einer Maschine, eines Systems oder Produkts simulieren können.“ Eine mögliche Anwendung wäre etwa auch das Training von Anlagenpersonal.
Ein zweites Projekt, an dem in einem Forschungskonsortium mitgearbeitet wird, sind digitale Zwillinge, die den Energieverbrauch von Produktionsprozessen simulieren und optimieren. „Die Einstellungen und Parameter, die wir im Zwilling ermitteln, werden auf die realen Anlagen übertragen“, sagt Merz. „So ist eine Reduktion des Energieverbrauchs möglich, ohne störende Versuche an den Anlagen machen zu müssen.“
Das Forschungszentrum Digital Factory arbeitet dabei mit zwei weiteren Forschungszentren der FHV, mit anderen Universitäten und Hochschulen sowie einem großen Leiterplattenhersteller, einem Maschinen- und Prozesshersteller und einem Systemintegrator zusammen.
Digitaler Schatten statt Zwilling
Das dritte aktuelle Projekt der Digital Factory ist ein sogenannter digitaler Schatten – die Vorstufe eines digitalen Zwillings. „Ein Schatten kann nicht simulieren, sondern ist nur eine meist in Echtzeit mitlaufende digitale Kopie zum Beispiel einer Fertigungsanlage. Wir haben einen solchen digitalen Schatten für unsere Modellfabrik erstellt und können so die Maschinenzustände und die vollständigen Abläufe digital mitverfolgen.“ Weiters können in dem Projekt der Digital Factory mithilfe des digitalen Schattens Daten aus der Produktion in einer Augmented-Reality-Brille (Hololens) eingeblendet werden. Die Datenbrille zeigt zum Beispiel Maschinenzustände an, etwa wie schnell sich eine Spindel dreht oder welches Werkstück gerade geladen ist.
Es habe schon einiger Arbeit und Tüftelei bedurft, um die jeweiligen Maschinenzustände in die Standardsoftware von Hololens zu integrieren, sagt Merz. Dafür gebe es noch keine fertigen Lösungen des Herstellers. „Da ist noch sehr viel in Entwicklung. Für uns ist das, was wir gemacht haben, aber mittlerweile die Normalität.“
Quelle:
https://www.diepresse.com/6018001/maschinen-im-virtuellen-verhaltensmodell
Foto: Imago
