In der Stuttgarter Maschinenfabrik lassen sich Produkte mit Losgröße 1 auf verschiedenen Maschinen mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren und Montageprozessen herstellen. Architektonisch folgt der technische Lösungsansatz dem Grundgedanken die Produktionshardware und -software nach dem Vorbild der Virtualisierung aus der Informatik in drei Schichten aufzuspalten. Dabei wird die untere Schicht (technologische Infrastruktur) mithilfe einer Abstraktionsschicht konsequent von der oberen Schicht (Anwendungen) getrennt. Auf diese Weise entsteht ein modulares Ökosystem mit einem hohen Maß an Flexibilität. Die Aufgabe der technologischen Infrastruktur besteht darin, Rechenkapazitäten und Konnektivität bereitzustellen. Konkret sind das Rechenplattformen wie Feldgeräte, IPCs, Edge-Nodes und Cloudcomputer sowie Netzwerkkomponenten, z.B. Switche. Außerdem gehören dazu auch Technologien wie Containervirtualisierung, virtuelle Maschinen, OPC UA, TSN, WiFi oder 5G. In Kombination schafft die Infrastruktur die technologischen Voraussetzungen, um eine durchgängige Kommunikationsfähigkeit vom Sensor bis in die Cloud sowie die dynamische Verteilung von Berechnungsaufgaben auf verfügbare Ressourcen realisieren zu können. Die darüber liegende Abstraktionsschicht bildet diese Hard- und Softwareobjekte durch digitale Zwillinge ab. Sie stellt die Schnittstelle zwischen Infrastruktur- und Anwendungsschicht dar und ermöglicht die einfache Entwicklung von Anwendungen ohne konkrete Kenntnis der darunterliegenden Infrastruktur. Technisch realisiert werden die digitalen Zwillinge als Verwaltungsschalen, die sowohl Ressourcen (z.B. Produktionsmittel, Computer oder Netzwerktechnik) als auch Prozesse (Fertigung, Montage, Logistik) und Produkte beschreiben. Die Anwendungen verwenden die Abstraktionsschicht als Informationsquelle und legen ihre Ausgangsgrößen wiederum dort ab. Die Bandbreite möglicher Anwendungen ist enorm. Beispielhaft lassen sich Condition Monitoring, Verbesserung von Produktionsabläufen am digitalen Zwilling, virtuelle Produktfertigung zur Prädiktion der Qualität sowie virtualisierte Steuerungen nennen.
Um davon eine bessere Vorstellung zu vermitteln, wird nachfolgend eine konkrete Anwendung im Detail beschrieben, die am Stand des ISWs auf der diesjährigen SPS - Smart Production Solutions in Nürnberg gezeigt werden soll.
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Kontakt: Michael Neubauer, Lars Klingel, Colin Reiff
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