Inhaltsverzeichnis
1. Digital Twins sind Schlüsselkomponenten der Industrie 4.0
2. Drittes Forschungsprojekt gestartet
3. Für Bestandsanlagen und digitale Datenmodelle weiterentwickelt
4. Eclipse BaSyx für KMU
5. Zusammenarbeit und Standardisierung
6. Pilotprojekte laufen bereits
Für eine vollständig digitalisierte Fabrik, die fähig ist, Losgröße 1 zu produzieren, reicht es nicht mehr, dass sich nur direkt in Relation stehende Systeme – etwa eine Produktionsanlage sowie deren Roboterbestückung – untereinander verstehen. Vielmehr müssen auch Komponenten wie die Klimatisierung der Halle integriert werden, es wird also zunehmend komplexer.
Digital Twins sind Schlüsselkomponenten der Industrie 4.0
Neben den realen Assets müssen zudem die entsprechenden digitalen Zwillinge untereinander kompatibel sein. Lösen könnte das die sogenannte Asset Administration Shell, hierzulande auch als Verwaltungsschale bekannt. Durch sie können digitale Zwillinge standardisiert erzeugt werden. Sie gelten als Schlüsselkomponente der Industrie 4.0 und ermöglichen es etwa, Produktionsschritte noch vor ihrer Durchführung virtuell zu erproben, um so mögliche Fehlerquellen frühzeitig auszumerzen. Auch die Dokumentation für hergestellte Produkte kann in deren digitalen Zwillingen automatisiert erfolgen. Die Kommunikation zwischen allen beteiligten Assets wird dann beispielsweise durch die Open-Source-Middleware Eclipse BaSyx realisiert. Diese wird vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE zusammen mit Partnern aus der Industrie weiterentwickelt.
Drittes Forschungsprojekt gestartet
Seit Oktober 2022 arbeiten im Forschungsprojekt BaSys4Transfer 13 Partner daran, die Middleware – die derzeit vor allem von Early Adoptern genutzt wird – für den Einsatz in der Breite fit zu machen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das neue Projekt über drei Jahre mit einer Summe von 6,7 Millionen Euro. Thomas Kuhn, Projektleiter und Hauptabteilungsleiter Embedded Systems am Fraunhofer IESE, beschreibt, worauf es beim Engineering von Industrie-4.0-Anlagen mit digitalen Zwillingen durch BaSyx ankommt: „Aus den beiden Vorgängerprojekten BaSys 4.0 und 4.2 liegt uns ein funktionsfähiger Industrie-4.0-Werkzeugkasten vor. Nun benötigen wir eine Entwicklungsumgebung in der realen Produktion, also eine Engineering-Umgebung, die diese Werkzeuge verfügbar macht. Wir müssen die Nutzer bei der Integration von Industrie 4.0 unterstützen. Dabei geht es um mehr als die reine SPS-Programmierung, insbesondere um die Vernetzung von Datenflüssen.“
Für Bestandsanlagen und digitale Datenmodelle weiterentwickelt
Aktuell ist speziell die Integration von Industrie-4.0-Technologien in Bestandssystemen mit einem hohen Aufwand verbunden. Daher soll im Rahmen des Projekts eine Engineering-Umgebung bereitgestellt werden, die die Integration auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) ermöglicht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung von optimierten Datenmodellen. Ob Maschinen oder die digitale Produktverfolgung – all diese Komponenten stellen Daten bereit. Diese digitalen Datenmodelle sollen in BaSys4Transfer vereinfacht und miteinander verknüpft werden.
Eclipse BaSyx für KMU
In einem eigenen Programm konnten seit 2018 kleine und mittlere Unternehmen Industrie-4.0-Anwendungsfälle mit Eclipse BaSyx umsetzen. In mittlerweile 25 Umsetzungsprojekten wird Eclipse BaSyx von KMU eingesetzt, um Herausforderungen der Industrie 4.0 zu lösen. Die auf diese Weise gesammelten Erfahrungen fließen in die kontinuierliche Weiterentwicklung der Software ein.
Zusammenarbeit und Standardisierung
„Für uns ist es nun besonders wichtig, dass BaSyx nicht für sich alleine steht, sondern dass wir mit der Industrial Digital Twin Association (IDTA) – einer Standardisierungsorganisation – vernetzt sind und zusammenarbeiten. Dadurch können wir die Anforderungen aus der Industrie noch stärker in unsere Forschung integrieren“, so Thomas Kuhn. Weitere Schritte mit dem digitalen Zwilling sind dann Netzwerke, die ganze Industriezweige umfassen und als digitaler Produktionsmarktplatz fungieren können. Anfragen können dort konkret über einen digitalen Zwilling definiert werden, das System findet die passende Fertigung mit freien Kapazitäten dafür. Realisiert werden soll das beispielsweise mit Gaia-X als Kommunikationsstandard zwischen diversen Cloud-Diensten. Als Leuchtturm fungiert derzeit bereits das Projekt Catena-X für Automotive, insgesamt soll aber die komplette Industrie durch Manufacturing-X untereinander kommunizieren können. So können komplette Lieferketten samt des realen CO2-Fußabdrucks digital nachvollzogen werden. Voraussetzung dafür ist aber, dass auch bei kleineren Zulieferern digital gearbeitet wird. BaSyx legt dafür die Basis.
Pilotprojekte laufen bereits
Das Fraunhofer IESE unterstützt etwa Sartorius Lab Instruments beim Einsatz von Eclipse BaSyx, was eine schnelle Umsetzung des digitalen Zwillings ermöglichen soll. Durch die verschiedenen Bestandteile der Software Development Kits werden Use Cases umgesetzt, ohne sich mit den Details der Verwaltungsschalen-Infrastruktur auseinandersetzen zu müssen. Das erstellte System kann zudem einfach erweitert werden und ist für kommende Anforderungen neuer Produkte und Produktvarianten sowie Veränderungen im Prozess gerüstet.
„Eclipse BaSyx ermöglicht es uns, ein hochmodulares, versioniertes und verteiltes Produktionssystem effizient und standardisiert zu realisieren“, sagt Alexander Karaus, Teamlead Automation and Process Technology bei Satorius Lab Instruments. „Durch die Verwendung von Verwaltungsschalen wird eine neue Standardmethodik genutzt, um den flexibler werdenden Produktionsanforderungen und der wachsenden Variantenvielfalt immer einen Schritt voraus zu sein.“ Mit Hilfe von Eclipse BaSyx kann sich der Hersteller auf die Umsetzung der Anwendungsfälle selbst konzentrieren. Die Infrastruktur für die digitalen Zwillinge lässt sich einfach nutzen.
