KEB researches the “digital twin”
Produkte und Prozesse virtuell darstellen, bevor sie in die Realität umgesetzt werden: Was nach Science-Fiction klingt, ist Kern des sogenannten „Digitalen Zwillings“. KEB Automation hat sich in einem Innovationsprojekt genau diesem Konzept gewidmet. Verbesserte Möglichkeiten der Inbetriebnahme und Wartung zur Energieoptimierung waren das Ziel.
Der Digitale Zwilling ermöglicht die digitale Modellierung etwa von Maschinen, Anlagen und Komponenten. Anhand dieser virtuellen Kopie lassen sich vorab mögliche Szenarien oder Anforderungen simulieren. Das Projekt „Technische Infrastruktur für Digitale Zwillinge“ (TeDZ) des Spitzenclusters „it's OWL“ hat sich dieser zukunftsweisenden Technologie angenommen.
Energetisches Verhalten von Maschinen optimieren
Konkretes Ziel des Projekts war die Entwicklung und Demonstration einer technischen Infrastruktur für Digitale Zwillinge. Diese wurde basierend auf den Use-Cases der Projektpartner entwickelt. Zudem ist die Infrastruktur kompatibel zur Verwaltungsschale der Plattform Industrie 4.0 und der in 2021 gegründeten Industrial Digital Twin Association (IDTA).
TeDZ umfasste neben dem Pilotvorhaben „AssetLife“ auch das Thema „Digitaler energetischer Zwilling“, in dem sich KEB maßgeblich einbrachte. Untersucht wurde, welche Facetten eines digitalen Zwillings dabei helfen könnten, das energetische Verhalten von Komponenten, Maschinen oder Anlagen über den gesamten Produktlebenszyklus zu optimieren.
Inbetriebnahme und Predictive Maintenance sind Schwerpunkte
Zwei Anwendungsfälle standen im Zentrum der Forschungsarbeit von KEB innerhalb des Projekts.
- Virtuelle Inbetriebnahme: Ziel dieses Use Cases war es, Fehler des Automatisierungssystems anhand von Simulationen sowie die Entwicklung und Validierung des Steuerungscodes des Systems aufzudecken und zu beheben. Reale oder virtuelle PLCs werden hierfür mit den Simulationsmodellen der Maschine oder Anlage verbunden, die das Verhalten der geplanten Maschine oder Anlage simulativ abbilden. Gerade, wenn es um die korrekte Abbildung der Energieflüsse geht, sind detailgetreue Simulationsmodelle notwendig. Daher wurden Methoden erarbeitet, um Simulationsmodelle von KEB-Frequenzumrichtern auf Basis der originalen Firmware zu erstellen und übergreifend in verschiedene Simulationstools zu integrieren.
- Predictive Maintenance: Die Erhöhung der Verfügbarkeit von Anlagen ist Kern dieses Anwendungsfalls. Gelingen soll dies, indem mithilfe des digitalen Zwillings kontinuierlich Zustandsdaten ausgewertet werden. Es wurde ein Konzept entworfen, mit dem kritische Teilkomponenten und ihre Ausfallursachen identifiziert wurden. Sensor- und Zustandsgrößen der KEB-Geräte, die als Indikator für Abweichungen oder Eingangsgröße für Lebensdauermodelle dienen könnten, wurden ermittelt. Außerdem wurde eine Kommunikations-Infrastruktur definiert, mit der Daten aus KEB-Komponenten in eine Cloud-basierte Plattform wie etwa KEB NOA transportiert werden. Dort werden sie mit Lebensdauermodellen oder Algorithmen, die Unregelmäßigkeiten ausfindig machen, überwacht.
Über das Projekt
TeDZ war ein Verbundprojekt der Projektpartner Fraunhofer IOSB-INA, KEB Automation, Lenze, Phoenix Contact, Technische Hochschule OWL, Weidmüller und des assoziierten Projektpartners Bosch Rexroth. TeDZ wurde durch das Fraunhofer IOSB-INA koordiniert und am 30. September 2021 erfolgreich abgeschlossen.
Mit Projektpartnern Mehrwerte schaffen
Insgesamt wurde in dem Forschungsprojekt TeDZ ein großer Mehrwert erzielt. So wurde zum Beispiel ein Austauschformat für Simulationsmodelle entwickelt, welches auf dem Standard der Verwaltungsschale basiert und künftig die hersteller- und tool-übergreifende Simulation ermöglicht. Außerdem konnten wertvolle Einblicke in Einsatzgebiete der Verwaltungsschalen der Plattform Industrie 4.0 gewonnen werden. „Besonders spannend war die Kooperation mit den Projektpartnern, was unter anderem den Reiz eines Verbund-Forschungsprojektes ausmacht“, resümiert Dominik Follmann, Projektverantwortlicher und Leiter Entwicklung Elektronik bei KEB. „Trotz der Auswirkungen der Corona-Pandemie haben wir mit viel Disziplin und Einsatz verschiedene Herausforderung gemeistert und während dieser Zeit zum Beispiel das SmartWarehouse – den physikalischen Demonstrator in der SmartFactoryOWL – mitkonzipiert und durch KEB-Produkte ergänzt.“
