“Massenfertigung” mit Losgröße Eins

Losgröße Eins - die kosteneffiziente Herstellung von individualisierten, einzigartigen Produkten - war von Anfang an das Markenzeichen von Industrie 4.0. Bei Busch-Jaeger in Lüdenscheid haben wir eine Produktionslinie aufgebaut, in der ein individualisiertes Endprodukt für die intelligente Raumsteuerung in der Gebäudeautomation versandfertig vom Band läuft. In weniger als einem Jahr wurden mehrere zehntausend Produkte nach individuellem Kundenauftrag gefertigt und ausgeliefert, und das Werk wurde mit dem Industrie 4.0 Award 2019 ausgezeichnet. Im Hinblick auf die Anwendungsszenarien von Industrie 4.0 betreiben wir eine wandlungsfähige Fabrik, in der die Produktion auftragsgesteuert abläuft und tief in B2C- und B2B-Prozesse integriert ist, in der sich Materiallogistik selbst organisiert und in der menschliche Bediener leicht mit Maschinen interagieren können. Der Bau dieser Produktionslinie war nur durch einen fertigungsorientierten Front-End-Designprozess möglich, bei dem zunächst ein digitaler Zwilling der gesamten Produktionslinie in OPC UA definiert und erst dann die mechanische und elektrische Konstruktion gestartet wurde. Um eine Fabrik auf diese Weise effizient zu gestalten, gibt es jedoch keine ausreichenden Standards und Werkzeuge für ein nahtloses digitales Engineering; plug-and-produce-fähige Maschinen können nicht einfach von der Stange bestellt werden; auch ist die Einhaltung höchster Qualitätsansprüche für einzigartige Produkte eine eigene Herausforderung. Darüber hinaus beginnen Kunden, eine Individualisierung zu fordern, die nicht allein durch Neukonfiguration bestehender Maschinenfähigkeiten erreicht werden kann, sondern die eine kontinuierliche Umgestaltung der laufenden Maschinen im Hinblick auf das erfordert, was wir eine " Evergreen Factory " nennen. In diesem Papier stellen wir die Bausteine und besten Praktiken für die Planung, den Bau und den Betrieb einer solchen automatisierten Produktion in Losgröße Eins vor. Darüber hinaus zeigen wir die Lücken und Herausforderungen auf, mit denen Fabrikbetreiber, Maschinenbauer und Systemintegratoren gegen Ende des ersten Jahrzehnts von Industrie 4.0 noch immer konfrontiert werden. Wir schließen mit Erwartungen, wie diese Lücken geschlossen werden können, einschließlich der Rolle der Industrie 4.0 Verwaltungsschale.

Windenergieanlagen-Regelung: Ein Modell für die Zukunft

Modellbasierte Prädiktive Regelungen bieten durch die zugrundeliegende Echtzeit-Optimierung Vorteile für moderne Windenergieanlagen, um gegenläufige Regelziele, wie etwa Leistungsmaximierung und Lastreduktion, unter der Berücksichtigung vorgegebener Betriebsgrenzen optimal zu erreichen. Der vorliegende Beitrag diskutiert die grundlegenden Herausforderungen der Windenergieanlagen-Regelung sowie die dazu genutzten Konzepte konventioneller und Modellbasierter Prädiktiver Regelungen. Potenziale zur systematischen Umsetzung und Anwendung modellbasierter Verfahren für die Regelungspraxis von Windenergieanlagen runden diese Übersicht ab.

Akzeptanzsteigerung bei MRK

Der Beitrag befasst sich mit den soziotechnischen Implikationen der Einführung von MRK-Anwendungen für die Beschäftigten und die betrieblichen Interessenvertreter. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes KoMPI wurden hierzu Workshops mit Beschäftigten und Betriebsräten durchgeführt, die Aufschluss über die mit der Technologie verknüpften Herausforderungen aus Sicht dieser Zielgruppen geben. Als relevante Themenstellungen für die betriebliche Interessenvertretung sind in diesem Kontext insbesondere die Punkte Qualifizierung und Substitution von Arbeitsinhalten identifiziert worden.

Von der Feldgerätediagnose zum Anlagen- und Prozessmonitoring

Feldmessgeräte sind zunehmend mit Diagnosefunktionen ausgestattet, um durch eine grosse Testabdeckung ein hohes Mass an Zuverlässigkeit zu erzielen. Diese Diagnosefunktionen erfassen nicht nur Störungen im Feldmessgerät selber, sondern können darüber hinaus auch Informationen über die Umgebung des Feldmessgerätes, nämlich über Medieneigenschaften und sogar über Anlagenkomponenten und damit über den Prozess selbst generieren. Dabei macht man sich die Wirkprinzipien und Technologien der jeweiligen Messtechnik für diese Art von Monitoring zu Nutze. Dieser Beitrag beschreibt, wie Feldgeräte etwa zur Messung von Füllstand oder Durchfluss zu dieser neuen Fähigkeit ertüchtigt und wie die erweiterte Diagnosefunktionalitäten für eine Verifikation mit hoher Testabdeckung genutzt werden können, um beispielseise den Bedarf an Kalibrierung für das Feldmessgerät zu reduzieren.

Virtuelle Inbetriebnahme modularer Prozessanlagen

Modulare Prozesseinheiten ermöglichen den flexiblen Aufbau prozesstechnischer Anlagen und damit eine schnelle Reaktion auf volatile Märkte und wechselnde Prozessbedingungen. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Validierung dieser Anlagen mittels virtueller Inbetriebnahme vorgestellt. Dazu werden Wasserfahrtmodelle der zu kombinierenden Prozesseinheiten miteinander verbunden. Durch die Beschreibung über das Module Type Package und die Integration in eine virtuelle Anlage kann das Verhalten simuliert und die funktionale Eignung über die Ausführung von Rezepten analysiert werden.

Eine systematische Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen

Die Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen bildet nach wie vor eine grundsätzliche Herausforderung in allen Phasen des Anlagen- und Produktlebenszyklus. Gleichzeitig wird eine objektive und möglichst breit einsetzbare Qualitätsmetrik dann notwendig, wenn ein Simulationsmodell ein Teil der Lieferung einer Anlage oder ihrer Komponenten wird und als wesentlicher Bestandteil des Digitalen Zwillings über den gesamten Lebenszyklus weiterentwickelt wird. Im ersten Teil dieses Beitrages „Identifikation und Clustering von Qualitätskriterien“ (atp magazin 6/7-2020) wurden Attribute identifiziert, welche als maßgebliche Grundlage für die Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen dienen. In diesem zweiten Beitragsteil werden unterschiedliche Bewertungsmechanismen eingeführt, mit deren Hilfe eine quantifizierte Einordnung in unterschiedliche Qualitätsniveaus möglich wird. Darüber hinaus beschreibt der Beitrag die aus der Validierung der komplettierten Metrik gewonnenen Erkenntnisse und zeigt den weiteren Entwicklungs- und Diskussionsbedarf auf.

Die Rolle der Simulation im Kontext des Digitalen Zwillings

Simulation ist eine etablierte Methode bei der Entwicklung von technischen Systemen. Allerdings erfordert sie meist spezielle Kenntnisse sowie zusätzliche Aufwände bei der Erzeugung der Modelle und zur Ausführung der Simulationen. Mit dem Trend der Digitalisierung und der Technologie des „Digitalen Zwillings“ verstärkt sich der Impuls, ihren Einsatz und ihre durchgängige Verwendung in allen Lebenszyklusphasen eines Systems zu ermöglichen. Der vorliegende Beitrag diskutiert die damit mögliche, veränderte Rolle der Simulation und die sich ergebenden Chancen für virtuelle Inbetriebnahme-Modelle und beschreibt entsprechende technologische Aspekte zur Weiterentwicklung der Simulation.

Die aktuelle und zukünftige Nutzung von Simulation

Basierend auf einer weltweiten Umfrage mit 239 Teilnehmern, werden die aktuelle Nutzung sowie Zukunftstrends von Simulation genauer beleuchtet. Simulation wird in Zukunft deutlich an Relevanz gewinnen, vor allem in der Betriebsphase von Anlagen. Laut den Teilnehmern umfassen die wichtigsten technologischen Trends die Simulation und Cloud Lösungen. Demnach soll eine branchenweite Öffnung bezüglich des Teilens und Nutzens von Simulationsmodellen stattfinden. Neben den Umfrageergebnissen wird auf Basis von Experteninterviews ein 10-Jahres-Technologieausblick sowie dessen abgeleitete Thesen vorgestellt. Der Ausblick geht auf zentrale Erwartungen zur Weiterentwicklung von Simulation und deren Anteil am Digitalen Zwilling ein. Der Digitale Zwilling wird den realen Zwilling zunehmend in all seinen Lebenszyklusphasen begleiten. Zudem werden zukünftig Simulation und Künstliche Intelligenz zusammen genutzt werden, was enorme Wachstumspotentiale bietet. Die Nutzung des Digitalen Zwillings als Begleiter aller industriellen Produkte wird der Weiterentwicklung von Standards bedürfen. Da der Qualität des Digitalen Zwillings zunehmend vertraut werden wird, ist eine Akzeptanz von Simulationsmethoden für Zertifizierungs- und Genehmigungsverfahren wahrscheinlich.

Co-Simulation als Realisierung digitaler Zwillinge

Bei der Entwicklung von Produkten und im Engineerung von Maschinen und Anlagen kommen heute Modellierung und Simulation zum Einsatz. Durch die Struktur der betrachteten Systeme und das verteilte Arbeiten entstehen häufig einzelne Simulationsmodelle, die für viele Anwendungen kombiniert werden müssen. Eine simulationstechnische Lösung stellt die Co-Simulation dar. Mit dem zunehmenden Einsatz der Simulation in Betrieb und Service steigt zusätzlich der Bedarf an leistungsfähigen Co-Simulationstechniken an, um kooperativ arbeitende digitale Zwillinge zu realiseren. Der Beitrag gibt einen Überblick zu bestehenden Umsetzungen mit dem Schwerpunkt für die virtuelle Inbetriebnahme des Automatisierungssystems.

Tailored digitization with real-time locating systems

We are seeing a boom in the use of real-time position data to automate and optimize tasks in the field of production and logistics. Here we consider the reasons for this, show what has already proven to be industrially viable and give an overview of six current research efforts. We show which use cases have been automated by RTLS and where RTLS could play a role to further optimize production processes or material flows in the future.