Industrieroboter in Fertigungshalle
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26.06.2018 Fachinformation 466 0

In der Industrie 4.0 sind aller guten Dinge zwei

Digitale Zwillinge sind digitale Abbilder von physischen Gegenständen oder Prozessen in Echtzeit, die in sogenannten Smart Factories die Prozesse optimieren.

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Von Michael A. Mullane

Stellen Sie sich vor, Sie öffnen Ihre E-Mails und finden dort eine ärztliche Verschreibung zur Behandlung einer Krankheit, von der Sie gar nicht wussten, dass Sie sie haben; ganz ohne vorherige ärztliche Untersuchung und möglicherweise auch ohne sich bereits unwohl gefühlt zu haben. Ihr Arzt könnte sich für diese Behandlung entschieden haben, nachdem er eine digitale Nachbildung von Ihnen untersucht hat, über die er auch Echtzeitdaten bezüglich Ihrer Ernährung, Ihres Lebensstils und Ihrer derzeitigen Umgebung bezieht.

Die Medizin mag noch nicht an diesem Punkt angekommen sein, doch die so genannten „Digitalen Zwillinge“ sind in der Welt des „Smart Manufacturing“, auch bekannt als Industrie 4.0, bereits Realität. Smart Manufacturing deckt die gesamte Wertschöpfungskette und den kompletten Produktlebenszyklus ab, von der Idee über die Bestellung, die Entwicklung und den Bau, bis hin zur Lieferung und schließlich dem Recycling, sowie aller damit verbundenen Dienstleistungen und auch der Echtzeit-Integration von Anregungen und Rückmeldungen der Nutzer oder Konsumenten.

Digitale Zwillinge sind das virtuelle Abbild der Elemente und Dynamik der Entwicklung eines Produkts sowie seiner Funktions- und Arbeitsweise während seines Lebenszyklus. Digitale Zwillinge beeinflussen das Design, die Produktion und den Betrieb eines Produkts.

Auf der anderen Seite verfügt bereits eine wachsende Anzahl bedeutender Infrastruktureinrichtungen über digitale Zwillinge. In Australien überwachen beispielsweise über 2.000 Sensoren die physische Unversehrtheit der Harbour Bridge in Sydney, um diese mit einem digitalen Zwilling in Einklang zu bringen.

Diese Technologie ist fester Bestandteil des Siemens-Elektronikwerks im bayerischen Amberg. Das Werk ist zu 75% automatisiert, beschäftigt aber dennoch 1.300 Mitarbeiter, denn Menschen erfüllen – zumindest bis auf Weiteres – viele Aufgaben noch besser als Maschinen.

Die physische Fabrik hat einen digitalen Zwilling, der in jeder Hinsicht mit ihr identisch ist. Er wird dazu genutzt, die Herstellungsprozesse zu planen und Maschinen zu programmieren, sowie Produkte zu entwickeln und zu testen.

Sobald ein effizientes Arbeitsmodell entstanden ist und alle Fehler beseitigt sind, beginnt die physische Fabrik die Herstellung. Diese Technologie hat es dem Werk ermöglicht, die Produktion auf 15 Millionen Einheiten pro Jahr anzuheben. Dies bedeutet einen 13-fachen Anstieg seit 1989, ohne mehr Personal einzustellen oder in größere Räumlichkeiten zu ziehen.

Digitale Zwillinge werden durch immer mehr kostengünstige Sensoren, Netzwerke für zuverlässige Datenübertragung und intelligente Analysesysteme, die Entscheidungen vorantreiben und auch selber treffen, ermöglicht. Die Technologie ist leicht zugänglich und erlaubt es Herstellern, zu verstehen, wie ihre Maschinen die Toleranzen, Belastungen und das Design von Produkten beeinflussen.

Laut Siemens liegt die Fehlerquote im Elektronikwerk Amberg bei nahezu Null. Dies ist umso bemerkenswerter, da hier 1.200 verschiedene Produkte auf der gleichen Produktionslinie gefertigt werden.

Smart Manufacturing kann sich auf internationale Normen verlassen

Die Normung ist von entscheidender Bedeutung, da immer mehr Firmen weltweit mit Smart Process arbeiten. Die Industrie 4.0 erfordert eine beispiellose Integration von domainübergreifenden Systemen, Hierarchiegrenzen und Lebenszyklusphasen.

Aus diesem Grund setzt die IEC stark auf „Systems Work“.

Der IEC-Managementausschuss für Normung (SMB) hat die Strategic Group (SG) 8 gegründet, um sicherzustellen, dass das Smart Manufacturing sich auf relevante Normen verlassen kann. Der Zuständigkeitsbereich dieser Gruppe umfasst unter anderem die Definition der Terminologie, das Zusammenfassen bestehender Normen und Projekte in Arbeit, sowie die Entwicklung einer gemeinsamen Strategie für die Implementierung des Smart Manufacturing.

Die SG 8 arbeitet eng mit einigen Technischen Komitees (TCs) der IEC zusammen und fördert die verstärkte Kooperation. Darunter befinden sich:

  • TC 3: Information structures and elements, identification and marking principles, documentation and graphical symbols,
  • TC 17: High-voltage switchgear and controlgear
  • TC 22: Power electronic systems and equipment
  • TC 44: Safety of machinery - Electrotechnical aspects
  • TC 65: Industrialprocess measurement, control and automation
  • TC 77: Electromagnetic compatibility
  • TC 111: Environmental standardization for electrical and electronic products and systems
  • TC 121: Switchgear and controlgear and their assemblies for low voltage
  • CISPR International special committee on radio interference, and its SCs

Das Gemeinsame Technische Komitee (Joint Technical Committee, JTC) 1 für Informationstechnologie, gegründet von der IEC und der ISO, entwickelt auch durch seine Unterkomitees (Subcommittees, SCs) relevante Normen. Dazu zählen:

SG 8 steht in Verbindung mit anderen Organisationen, die Normen anbieten, wie die International Society of Automation (ISA) und das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Ihr Ziel sind Systemkompatibilität, Interoperabilität und funktionelle Austauschbarkeit.

Redaktionelle Hinweise:
Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals im IEC-Newsletter Ausgabe 03/2018.
Zu finden unter: https://iecetech.org/issue/2018-03/Good-things-come-in-pairs-in-Industry-4.0

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Fertigungshalle mit Industrierobotern
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Industrie 4.0 zeichnet sich durch eine starke Vernetzung von Maschinen- und Anlagenbau, Automatisierungstechnik und IT aus. Ein Merkmal ist die Weiterentwicklung und Anwendung von modernen Automatisierungs-, Kommunikations- und Informationstechnologien, die neue Möglichkeiten für Anwender in der Produktion und Logistik eröffnen sollen.

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