Die Fabrik und ihr digitaler Zwilling

Automatisierte Produktionsstraßen, gesteuert von intelligenter Software: An der TU Wien wurde ein neues Christian-Doppler-Labor eröffnet, um Lösungen für die „Industrie 4.0“ zu entwickeln.

Die Anforderungen werden immer höher: Maschinen und Produktionsanlagen in den Fabriken sollen perfekt ausgelastet sein, automatisch miteinander kommunizieren und sogar mit unvorhergesehenen Situationen gut zurechtkommen. Von der Bestellung über das Lager bis zur Produktionsstraße soll das ganze Unternehmen zu einem großen, intelligenten, vorausschauend und eigenständig handelnden System zusammenwachsen.

Damit das gelingen kann, braucht man Computermodelle, mit denen sich die einzelnen Maschinen präzise beschreiben lassen, und diese Modelle müssen auf intelligente Weise miteinander verknüpft werden. Genau damit beschäftigt man sich nun an der TU Wien im Christian Doppler Labor für modellintegrierte, intelligente Produktion (CDL-MINT). Mit Unterstützung des Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) sowie der beiden Industriepartner CertiCon und LieberLieber wurde es am 22. Mai 2017 eröffnet.

„Wir müssen den Wandel in Richtung Industrie 4.0 aktiv gestalten und die Chancen effektiv nutzen. Das sichert Wachstum und schafft Arbeitsplätze im Land“, sagt Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschaftsminister Dr. Harald Mahrer. „Mit der Erforschung neuer Modellierungsmethoden leistet dieses CD-Labor dazu einen wesentlichen Beitrag.“

Computertests statt langer Betriebsausfälle
„Für Experimente hat man in einer Fabrik normalerweise keine Zeit“, sagt Prof. Manuel Wimmer von der Business Informatics Group am Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme der TU Wien, der das neue CD-Labor leitet. „Eine Produktionsstraße stillzulegen um eine neue Maschine auszuprobieren, Abläufe zu verbessern oder den Produktionsprozess grundlegend neu zu planen – das wäre meistens viel zu teuer.“

In Zukunft soll das aber ganz einfach am Computer möglich sein. Die einzelnen Geräte werden physikalisch präzise beschrieben – von den Ressourcen, die sie benötigen über ihre zeitliche Taktung und die Betriebstemperatur, die sie abhängig von der Arbeitslast erreichen bis zu den genauen Eigenschaften der erzeugten Produkte. „Man spricht von einem ‚digital twin‘ der Anlage“, sagt Alexandra Mazak, die als leitende Forscherin im CD-Labor arbeitet. „Diese digitalen Zwillinge der einzelnen Komponenten muss man dann auf intelligente Weise zu einem großen Gesamtmodell zusammenfügen – dann lässt sich direkt am Computer analysieren, ob die Produktion effizient läuft, wie sich bestimmte Veränderungen auswirken würden, oder etwa auch was passiert, wenn ein Zulieferer kurzfristig nicht liefern kann.“

Riesige Datenmengen analysieren
Im neuen CD-Labor forscht man daran, wie sich diese Modelle auch danach im laufenden Betrieb nutzen lassen. Moderne Maschinen sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, die permanent gewaltige Mengen an Daten liefern. Wenn man sie kontinuierlich auswertet, kann man daraus wichtige Erkenntnisse gewinnen. „Früher hat man einfach zuerst die Anlage geplant und dann in Betrieb genommen – es gab kaum einen Rückfluss von Information aus der Betriebsphase in den Designprozess“, sagt Manuel Wimmer. Das soll sich nun ändern: Vielleicht stellt sich anhand der Daten heraus, dass die Abläufe durch angepasste Betriebsparameter noch viel effizienter ausgeführt werden könnten, oder dass kleinere, harmlose Änderungen am Design des Endprodukts die Produktion deutlich vereinfachen würden.

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