SDM4FZI

Der entscheidende Erfolgsfaktor, um trotz hochvolatiler Märkte wirtschaftlich produzieren zu können, ist die Wandlungsfähigkeit von Produktionssystemen. Software-defined Manufacturing (SDM) ist ein revolutionärer, modellgetriebener Ansatz zur Erreichung dieses Ziels. Die Methode leitet sich aus der Informations- und Kommunikationstechnik ab, bei der auch nicht vorgeplante Gerätefunktionen rein durch Software definiert werden. Die Software wird dazu aus Modellen (digitalen Zwillingen), welche die vorhandene Hardware abbilden, automatisch abgeleitet und verteilt.

Wandlungsfähige Produktionssysteme als Grundvoraussetzung

Grundvoraussetzung für eine durch Software definierte Produktionsfabrik sind wandlungsfähige Produktionssysteme, eine offene Steuerungs- und durchgängige (Echtzeit-) Kommunikationsinfrastruktur von Sensor bis Cloud, sowie eine vollständige Abstraktion der vorhandenen Systeme durch digitale Zwillinge. Mit dieser technologischen Basis geht eine enorme produktionstechnische Wandlungsfähigkeit einher, die durch Optimierungsalgorithmen beherrscht werden soll.

Neue Standards der Operational Technology in der Produktion 4.0

Die heutige Produktions-Operational Technology (OT) ist nicht kompatibel mit dem SDM-Ansatz. Zusätzliche Anforderungen wie die Echtzeit-Verteilung automatisiert generierter Software auf Produktionssysteme, bei gleichzeitiger Sicherstellung von Interoperabilität, erfordern eine neue Infrastruktur. Hier ist insbesondere die Methode der Virtualisierung zur Trennung von Software und Hardware durch eine Abstraktionsschicht zu nennen. Aber auch in der Kommunikationstechnik müssen neue Wege eingeschlagen werden, um eine ausreichende Konnektivität zu gewährleisten. Dabei wird auf bereits bestehende Standards wie TSN und OPC UA gesetzt. Zum Einsatz kommende Plattformen müssen ebenfalls SDM-kompatibel und ausreichend offen sein, um die Adaption der wandlungsfähigen Fabrik zu ermöglichen.

Digitale Zwillinge auf Basis von Informationsmodellen als Schlüsseltechnologie

• Digitale Zwillinge stellen das Schlüsselelement für das SDM-Konzept dar. Sie beschreiben Produkte, Prozesse und Produktionssysteme mittels Daten, Informationen und Verhaltensmodellen, die über den gesamten Maschinen- bzw. Produktlebenszyklus entstehen. Ziel ist es, durch geeignete Komposition etablierter und Abstraktion konkurrierender Modelle eine konsistente Abbildung mit Referenzcharakter über die gesamte Lieferkette der Fahrzeug- und Zulieferindustrie hinweg zu ermöglichen.
• Digitale Zwillinge basieren somit nicht länger nur auf den statischen Informationen von Produktdesign oder Engineering-Prozess, sondern direkt auf dem gleichen übergeordneten Informationsmodell, das über den Lebenszyklus (von der Planung bis in den Betrieb) hinweg mit Daten angereichert wird.

Projektschwerpunkte von SDM4FZI

• Simulationsgestützte Optimierung

  Mithilfe der entwickelten digitalen Zwillinge (Produkte, Prozesse und Produktionssysteme) werden automatisiert Produktionsszenarien erstellt, virtuell analysiert und optimiert. Nach erfolgreichem Test in der Simulation fließen die Optimierungen in die weitere Produktionssystemplanung ein (optimierter Aufbau) bzw. werden auf realen Produktionssystemen automatisch eingespielt (optimierter Betrieb).

• Durchgängiges Engineering

  Neben dem bereits heute stark durch Simulationen unterstützten Inbetriebnahmevorgang, lassen sich weitere Engineering-Prozesse mit digitalen Zwillingen vereinfachen. Das durchgängige Engineering umfasst auch die Planungsphase mit Konstruktions- und Projektierungsdaten, den Aufbau mit standort- und unternehmensübergreifenden Informationen, die Freigabe (Auditierung und Abnahme) sowie den späteren Betrieb (Service und Wartung).

• Softwaregenerierung

  SDM ermöglicht nicht nur die automatische Softwareentwicklung, sondern auch den automatisierten Test der generierten Software gegen digitale Zwillinge. Auf diese Weise wird die korrekte Funktionalität sichergestellt bevor Softwarekomponenten zu Anwendungen zusammengefügt bzw. auf die Zielsysteme verteilt und ausgeführt werden.

• Datenbasierte Dienste

  Aufgrund der Durchgängigen Verfügbarkeit relevanter Qualitäts-, Prozess- und Maschinendaten ist eine Vielzahl an datenbasierten Diensten und Geschäftsmodellen (Servicification of Manufacturing) denkbar. Condition Monitoring sowie Service- und Instanthaltungsmanagement für Produktionssysteme seien genauso wie die virtuelle End-of-Line Qualitätskontrolle für Produkte exemplarisch genannt.

Förderung

Das Projekt mit Start zum 01.10.2021 wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen der Förderrichtlinie „Digitalisierung der Fahrzeughersteller und Zulieferindustrie“ im Programm „Zukunftsinvestitionen Fahrzeughersteller und Zulieferindustrie“ zur Umsetzung von Ziffer 35c des Konjunkturpakets der Bundesregierung gefördert. Das VDI Technologiezentrum betreut das Vorhaben als Projektträger.