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VDE|DKE
12.12.2018 Projekt 1556 0

Digitaler Zwilling – für Produkt und Norm

Das VDE|DKE-Projekt Digitaler Zwilling trägt die Entwicklungen der Industrie 4.0 und der Digitalisierung in die Normung und Standardisierung. Gäbe es nicht nur für das Produkt, sondern auch für die Norm ein digitales Pendant, so könnte die Normenkonformität bereits in einem frühen Entwicklungsstadium identifiziert werden. Revisionsgründe würden dadurch frühzeitig erkannt und Zeitersparnisse bei der Prüfung möglich.

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Damian Czarny
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Eine maschinenlesbare Norm ermöglicht moderne Anwendungen

Mit Industrie 4.0 und der Digitalisierung der produzierenden Industrie wachsen reale und virtuelle Welt zusammen und stellen die Normung vor neue Herausforderungen. Es wird davon ausgegangen, dass jedes reale physische Produkt in Zukunft einen „digitalen Zwilling“ haben wird, der bereits mit der Produktidee geboren wird. Er dient bei der Fertigung als Vorlage und wird während des Produktentstehungsprozesses immer aktualisiert. Das Projekt Digitaler Zwilling widmet sich dem Ziel, an eben solchen digitalen Zwillingen, die während ihrer gesamten Lebenszyklen mit dem Produkt untrennbar verbunden bleiben, eine digitale Vorprüfung zur Normenkonformität vorzunehmen.

Eine der Herausforderungen besteht darin, Normen zukünftig in maschinell interpretierbare, formalisierte Formen zu überführen, um die Qualität der Normungserstellung und ihre Anwendung zu optimieren. Ein intelligentes Softwaresystem, wie in der Vision der DKE angestrebt, wäre in der Lage, technische Aspekte des digitalen Zwillings bereits während des Engineerings zu prüfen. Mögliche Probleme des physischen Endprodukts können so bereits frühzeitig entdeckt und ausgeschlossen werden.

General Meeting - TC of the Future

General Meeting – TC of the Future

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Digitalisierung in Industrie und Standardisierung

Die digitale Beschreibung von Industriekomponenten, Maschinen, Fertigungsanlagen und Fabriken hilft nicht nur, den Bauartnachweis und die EG-Konformitätsbewertung zu erbringen und zu optimieren, sondern reduziert auch den Arbeitsaufwand, der für die Hersteller nach der ersten Prüfung am physischen Produkt entstehen kann. Manuelle Arbeitsaufwände lassen sich reduzieren, Probleme werden frühzeitig erkannt und können einfacher und kostengünstiger behoben werden. Bereits heute werden Projektierungsarbeiten während des Engineerings durch moderne Tools, die an Normen angelehnte Prüffunktionen anbieten, kontrolliert. Dennoch kann der Anwender bislang nicht davon ausgehen, dass diese Kontrollen auch wirklich den Anforderungen der Richtlinien und Normen vollständig genügen. Das Ziel des Projekts ist, die digitale Vorprüfung produkt- und domänenübergreifend und mit Fokus auf Normenkonformität zu realisieren. Die Grenzen hierfür sind nicht bei Engineering Tools erreicht. Denkbar sind auch selbständige Programme oder Web-Service-Anwendungen.

Entsprechend wird ein einheitliches und standardisiertes Austauschformat benötigt, wie beispielsweise das Datenformat AutomationML. Die in einem solchen Format hinterlegten Daten des digitalen Zwillings werden von der Anwendung gegen die maschinell interpretierbare und formalisierte Form der Norm geprüft.

Motivation für das Projekt

Im Kontext der fortschreitenden Digitalisierung der Industrie verfügen Produkte zunehmend über virtuelle Abbilder, die sie über ihren gesamten Lebenszyklus begleiten. Damit werden während der Nutzungsphase Potenziale wie beispielsweise die vorausschauende Wartung genutzt. In der Entwicklungsphase eines Produkts können die Engineering-Daten bereits laufend gegen Simulationsdaten, die auf der Erwartung bzw. Erfahrungen aus den Echtzeitbetriebsdaten vergleichbarer Produkte beruhen, sowie gegen die geltenden Normen und andere Regularien (z. B. Verordnungen) geprüft werden.

Bisher sind die Normen nicht maschinenverständlich, das heißt sie müssen durch Menschen gelesen, verstanden und in Entwicklungsumgebungen und (Anforderungs-)Managementsysteme eingegeben werden. Verfügten auch die Normen über Digitale Zwillinge, könnten diese den Systemen unmittelbar und jeweils in aktuellen Ständen bereitgestellt werden.

Hierzu muss ein Format festgelegt werden, das alle normativen Inhalte wie beispielsweise die Anforderungen und Empfehlungen, aber auch die Aussagen von Formeln und Tabellen präzise und unmissverständlich abbildet. Bestehende Normen sind auf ihre Tauglichkeit für eine digitale Abbildung zu überprüfen, die Erstellung neuer Normen sollte bereits unter dem Aspekt der Maschinenverständlichkeit erfolgen. Hierbei gilt es insbesondere, die Vertiefung der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen IT-Experten, Anforderungsmanagern und Prüfinstituten zu fördern.

Elektroniker montiert Schaltschrank
industrieblick / Fotolia

Beispiel Schaltschränke:

Am Beispiel von Schaltgerätekombinationen – also Schaltschränken – ließe sich die Zugänglichkeit von Komponenten und Bedienelementen prüfen, eine syntaktische Kontrolle der Betriebsmittelkennzeichnungen vornehmen und ein Nachweis der Erwärmung sowie der Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken erbringen. Wurde das Produkt digital vorgeprüft, müssen lediglich am Endprodukt die fehlenden Prüfungen vollzogen werden. Zentrale Voraussetzung hierfür ist, dass Normen zukünftig keinen Interpretationsspielraum zulassen und automatisiert angewendet werden können. Das Projekt Digitaler Zwilling strebt die Weiterentwicklung und Realisierung dieser Vision als treibende Kraft für diese zukunftsweisende Veränderung des Normerstellungsprozesses an.

Bisherige Ergebnisse

Die DKE hat in einem ersten Schritt in Zusammenarbeit mit Industriepartnern den ersten Teil der Vision erarbeitet und bindet ein breites Publikum, u. a. aus (Fach-)Besuchern und Experten aus Industrie und Politik, mithilfe eines immer wieder weiterentwickelten Demonstrators bei hochkarätigen Veranstaltungen ein:

Nach der Sammlung von Herausforderungen und Feedback von verschiedenen interessierten Kreisen steht aktuell die Erstellung der ersten maschinenverständlichen Norm im Vordergrund.

Digitaler Zwilling: Unser Demonstrator auf der Hannover Messe 2018

Die DKE hat gemeinsam mit der Inosoft AG einen Anwendungsfall entwickelt, der die Funktion und Vorteile des Digitalen Zwillings am Beispiel der virtuellen Endabnahme eines realen Schaltschranks aufzeigt. Mittels Augmented Reality lassen sich u. a. Abweichungen bei der Installation und gegenüber Normanforderungen direkt anzeigen. Das Video ist während der Hannover Messe 2018 entstanden.

Aktuelle Entwicklungen

  • Bestehende Normungsregeln werden hinsichtlich der Anforderungen aus der Computerlinguistik untersucht und Anpassungsbedarf an den relevanten Stellen adressiert.
  • Eine Checkliste zur Formulierung von Anforderungen in Normen wird erstellt.
  • Der Demonstrator für die Anwendung maschinenverständlicher Normen mithilfe von Augmented Reality wird weiter optimiert.

Alle Informationen kompakt zusammengefasst

Flyer Digitaler Zwilling

DKE
Veröffentlichungsdatum 15.06.2018
PDF: 429 KB

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