DFA
Digitaler Fingerabdruck.
Schaffung einer Basis für eine intelligente Wertschöpfungskette
Euer Ansprechpartner
Silvio Facciotto
Institut für Flugzeugbau (IFB), Universität Stuttgart
Digitaler Fingerabdruck
Schaffung einer Basis für eine intelligente Wertschöpfungskette
Die intelligente Datensammlung, -aufbereitung und -übergabe über die gesamte Wertschöpfungskette – von der Idee, über Design, Produktion und In-Service bis hin zum End-of-Life – für das intelligente Bauteil und die wandlungsfähige, autonome Fabrik von Übermorgen!
Vision
Der Kontext der Industrie 4.0 fordert die Implementierung eines digitalen Fingerabdrucks für jedes individuelle Bauteil. Dieser Fingerabdruck dient als holistische Repräsentation des gesamten Produktlebenszyklus, wobei die Produktentwicklung, -herstellung, -montage und -überwachung durch automatisierte, selbstorganisierte und intelligente Prozesse realisiert werden.
Zielsetzung
Die Intention ist die kohärente Erfassung und intelligente Vernetzung von Daten über den gesamten Entstehungsprozess: von der initialen Konzeption, über Konstruktions- und Prozessdaten, bis hin zu in-situ erfassten Daten mittels integrierter Sensoren. Die Anwendung des digitalen Fingerabdrucks soll signifikante Reduktionen von Entwicklungszeiten und -kosten sowie des Fertigungsausschusses gewährleisten.
Projektverlauf
Das Projekt wurde in fünf Teilprojekte untergliedert:
- Daten und Semantik: Semantische Charakterisierung des digitalen Fingerabdrucks.
- Smartes Engineering: Elaborierung diverser Simulationsansätze, angefangen bei der Bauteiloptimierung bis hin zur prädiktiven Darstellung potenzieller Bauteilschädigungen unter realen Belastungsszenarien.
- Smartes Bauteil: Integration adäquater Sensorik in das Bauteil zur Erfassung von Daten sowohl aus dem Herstellungsprozess als auch aus der Anwendungsphase.
- Smarte Produktion: Implementierung einer effizienten Schnittstelle zur Produktion und Montage.
- In Service und Bewertung: Evaluierung des digitalen Fingerabdrucks basierend auf real erhobenen In-Service Daten.
Ergebnisse im Detail
TP1 – Daten und Semantik
Für die zentrale Datenhaltung wurde das Tool Teamcenter als PLM-System verwendet, welches ein umfassendes Datenmodell für den Digitalen Fingerabdruck aller Bauteile (DFA) bereitstellt. Eine in der Abbildung dargestellte Architektur unterstützt die Erfassung von Daten sowohl aus Produktionsprozessen als auch aus dem laufenden Betrieb. Zusätzlich wurde ein webbasiertes Portal konzipiert, welches Anwendern die Möglichkeit bietet, Messungen remote zu initiieren. Die im System hinterlegten Daten dienen nicht nur der Qualitätsüberwachung, sondern fließen auch in diverse Simulationsmodelle ein.
TP2 – Smartes Engineering
Simulationsmodelle wurden entwickelt, die sowohl Produktionsprozesse als auch Betriebslasten abbilden. Diese Modelle ermöglichen eine direkte Integration der gesammelten Daten in den Produktentwicklungsprozess. Mittels virtueller Methoden werden Prozesse und Designs kontinuierlich für nachfolgende Produktgenerationen optimiert. Speziell die Simulation von Bauteilbelastungen im Echtbetrieb, basierend auf Daten aus Fahrtests, stellt einen essenziellen Faktor zur frühzeitigen Erkennung und Prognose von Bauteilversagen dar. Dies ebnet den Weg für eine prädiktive Wartung, die individuell an Kundenanforderungen, wie Nutzungsart, Klimabedingungen und Terrain, angepasst werden kann.
TP3 – Smartes Bauteil
Während der Fertigungsphase wurden MEMS-Sensoren in Demonstrationsbauteile integriert. Diese Sensoren sind spezialisiert auf die Erfassung von Beschleunigungen und Temperaturen, wodurch sie eine kontinuierliche Überwachung sowohl des Produktionsprozesses als auch des Bauteilzustandes ermöglichen.
TP4 – Smarte Produktion
Zur Maximierung der Produktionseffizienz werden sämtliche Produktionsprozesse kontinuierlich überwacht. Hierdurch können potenzielle Fehlerquellen bereits im Vorfeld identifiziert werden, was den unnötigen Verbrauch von Ressourcen und Zeit minimiert. Die während der Produktion erfassten Daten werden mittels in TP3 entwickelten Sensortechnologien aufgezeichnet. Für die Überwachung und Datenerfassung kommen Technologien aus TP1 zum Einsatz. Die gesammelten Daten werden in Kombination mit Simulationsmodellen aus TP2 verwendet, um CAM-Programme kontinuierlich zu optimieren und zu personalisieren.
TP5 – In Service und Bewertung
Durch die Integration von Demonstratoren in Fahrzeuge können Fahrversuche durchgeführt werden. Diese dienen der realitätsnahen Prognose der Lebensdauer einzelner Komponenten. Das hieraus gewonnene Wissen reflektiert sich direkt in den Konstruktionsprozessen und schließt den Kreis zwischen dem realen Produktlebenszyklus und seinem digitalen Pendant.
Einblicke+
Stories
Was sagen unsere Partner? Die Menschen, die täglich in der ARENA2036 arbeiten, entwickeln und die Zukunft gestalten?
„Die ARENA2036 ist ein Leuchtturm der Universität Stuttgart im Bereich des Wissens- und Technologietransfers. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern aus Wissenschaft und Industrie und nicht zuletzt den Start-ups ist es uns gelungen, eine einzigartige Innovations-Plattform aufzubauen. Mich persönlich fasziniert vor allem die Agilität und Wandlungsfähigkeit der ARENA2036, die sich allein darin äußert, dass ich immer neue Projekte auf der Hallenfläche entdecken.“
Prof. Dr.-Ing. Peter Middendorf
Institutsleiter des Institutes für Flugzeugbau
Universität Stuttgart
„In der Produktion der Zukunft spielen Daten die entscheidende Rolle und die integrierte Nutzung von Entwicklungs-, Produktions- und Betriebsdaten werden die Schlüsselfaktoren für vertrauensvolle Wertschöpfungs- und Nutzungssysteme. Für DXC.technology ist die ARENA2036 schon heute ein besonderes Umfeld. So können wir als führender, unabhängiger Integrationsdienstleister hier zum Vernetzen dieser Welten beitragen und die Datenstandards von morgen mitgestalten. Dabei ist das universitäre Umfeld für die Ausbildung unseres Nachwuchses von elementarer Bedeutung.“
Gero Adrian & Franziska Gross
Director Advisory R&D Industry4.0 at DXC Technology & Business Innovation and Startup Relations
DXC Technology
Unsere
Projekt
partner
Diese Partner sind am Projekt Digitaler Fingerabdruck beteiligt.
Über Fraunhofer
Projektbeteiligung in der ARENA2036
Projektpartner in der Forschungsfabrik ARENA2036 sind die beiden Fraunhofer-Institute IAO und IPA.
Das Fraunhofer IPA realisiert hoch innovative und nachhaltige Lösungen in der Produktionstechnik und Automatisierung für Kunden in verschiedensten Zukunftsbranchen. Die Lösungen stehen dabei stets in Verbindung mit den strategischen Eckpfeilern des Instituts „Mass Sustainibility“ und „Mass Personalization“.
In der ARENA2036 koordiniert das Fraunhofer IPA die Erforschung neuartiger Methoden in der Fahrzeugproduktion. Hierfür wird eine Forschungsfabrik gebaut, in der Technologien entstehen, die individualisierte Produkte in Losgröße eins zu Kosten der Massenfertigung ermöglichen. Kerntechnologie hierfür sind wandlungsfähige Produktionssysteme, mit denen Unternehmen auf schwankende Wettbewerbsfaktoren oder verkürzte Produktlebenszyklen reagieren können. Das Fraunhofer IPA entwickelt Lösungen für die Planung dieser Systeme und realisiert Komponenten hierfür, wie bspw. wandlungsfähige Montagestationen.
Über Siemens
Projektbeteiligung in der ARENA2036
Siemens bietet für das Unternehmen der Zukunft Lösungen aus vier elementaren Bereichen: Der Digital Enterprise Software Suite, den Bereichen industrielle Kommunikationsnetzwerke und industrielle Sicherheit, sowie geschäftsspezifische Dienstleistungen.
Mit Know-How und Produkten aus den ersten zwei Bereichen unterstützt die Siemens AG den Forschungscampus ARENA2036 bei der Realisierung eines digitalen Zwillings der realen Produktion sowie bei der zuverlässigen und sicheren Vernetzung von flexiblen Logistiksystemen.
Über die Universität Stuttgart
Projektbeteiligung in der ARENA2036
Die Universität Stuttgart ist mit einer Vielzahl ihrer Institute in die Forschungsplattform ARENA2036 eingebunden:
Institut für Flugzeugbau (IFB)
Institut für Parallele und Verteilte Systeme (IPVS)
Institut für Kunststofftechnik (IKT)
Institut für Textiltechnik, Faserbasierte Werkstoffe und Textilmaschinenbau (ITFT)
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT)
Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK)
Institut für elektrische Energiewandlung (iew)
Institut für Erziehungswissenschaft, Abteilung Berufs-, Wirtschafts- und Technikpädagogik (BWT)
Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH)
Institut für Polymerchemie (IPOC)
Institut für Linguistik: Anglistik (IfLA)
Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF)
Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT)
Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW)
Das Institut für Flugzeugbau (IFB) ist beispielsweise im Projekt LeiFu und dem Projekt DigitPro mit mehreren Mitarbeitern in der ARENA2036 verankert. Das Projekt Khoch3 wird durch Universitätsmitarbeiter des BWT unterstützt.
Die Angliederung des Forschungsbaus ARENA2036 an den Universitätscampus bildet die perfekte Grundlage für einen intensiven und interdisziplinären Kompetenztransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Dafür steht der Leitsatz „Industry on Campus“.