Pilotierung, Erprobung, Demonstrator

Ziele des Teilprojekts

Die Zielstellung des Teilprojekts „Pilotierung, Erprobung, Demonstrator“ ist, die in den einzelnen TPs erarbeiteten Konzepte und Ergebnisse zusammenzuführen und zu erproben bzw. umzusetzen.

Aktuelle Arbeitsschwerpunkte und Ergebnisse

Das TP ist in vier Arbeitspakete aufgeteilt, die im Folgenden kurz zusammengefasst werden.

Konzeption und Bauplan des Demonstrators

Dieses Arbeitspaket widmet sich der Zieldefinition des Demonstrators für das Gesamtprojekt. Diese Zieldefinition soll in mehreren Ausbaustufen über die gesamte Projektlaufzeit erreicht und umgesetzt werden. Inhaltlich vorgegeben ist, dass der Demonstrator einen physischen, als auch digitalen Anteil beinhaltet soll. Der physische Teil soll die tatsächliche Umsetzung der Konzepte anhand von realen Prozessen darstellen, der digitale Anteil die Skalierung und die Fragestellungen „was wäre darüber hinaus möglich“ beantworten.

Umsetzung des physischen Demonstrators

Das folgende Arbeitspaket umfasst die physische Umsetzung geeigneter Beispiele. Dabei soll dargestellt werden, wie das Zusammenspiel von Verwaltungsschalen und den jeweiligeren Assets (Produktionsmittel, Einzelkomponenten oder/und Verbundkomponenten) tatsächlich anhand von realen Prozessen umgesetzt werden kann.

Umsetzung des digitalen Demonstrators

In diesem Arbeitspaket wird sich dem digitalen Wachstum des „Digitalen Zwillings“ angenommen. Das Wachstum in einem kollaborativ ablaufenden Wertschöpfungsprozess, ist ein wesentlicher Bestandteil für die Nutzung der Verwaltungsschale. Die Anreicherung, die durch unterschiedlichste dezentrale Datenbanken und Wertkettenteilnehmer passieren wird, muss architektonisch geklärt werden und soll anschließend an einem Teilleitungssatz dargestellt werden.

Demonstration der Anwendungsfälle

In diesem Teilprojekt wird ein Demonstrator mit Werkstatt-Charakter umgesetzt, an dem für die diversen Umsetzungsaspekte kontinuierlich Lösungsideen und Vorgehensweisen diskutiert und erprobt werden können.

Diese haben das Ziel, dass:

• Kollaborative Entwicklung demonstriert werden kann
• Fähigkeiten und Randbedingungen der Produktion im Engineering berücksichtigt werden
• Daten- und Informationsbereitstellung für die Rüstung und Parametrisierung der Produktionsmittel je Instanz
• Automatisiertes Änderungsmanagement entlang der Wertkette
• Prozess- und Qualitätsdaten erfassen, dokumentieren und rückverfolgbar machen.

 

Stand der Arbeiten

Im Zuge der Hannover-Messe 2022 konnte ein erster Demonstrator präsentiert werden. Die Planung für den ersten physischen Demonstrator sah vor, eine transportable Kiste zu konstruieren, die es ermöglicht, einen gesamten Cockpit-Leitungssatz (Mercedes-Benz C-Klasse – Maße 2 m x 3 m) kompakt zu transportieren, ohne den Umfang verkleinern zu müssen. Hierfür wurde die Planung, die Materialbestellung und die Montage der Unterkonstruktion eigens durchgeführt und schlussendlich die Montage des Leitungssatzes umgesetzt.

Für die Darstellung erster statischer Verwaltungsschalen, haben die entsprechenden Partner Produktinformationen zu Clips (Befestigungselement), Terminals (Steckkontakten), Leitungen und der Verbundkomponente (Leitungssatz) geliefert, welche in Zusammenarbeit in die einzelnen Verwaltungsschalen integriert wurden. Der finale Demonstrator, welcher binnen weniger Wochen umgesetzt wurde, ist der folgenden Abbildung zu sehen.

Bei der zweiten Teilnahme an der Hannover Messe im Jahr 2023 sollte der Fokus weg von der statischen und hin zu der dynamischen Interaktion von Verwaltungsschalen und deren Assets gelegt werden. Zu Beginn wurde das grundsätzliche architektonische Konzept des Demonstrators mit seinen Teilnehmern dargestellt. Das Ziel war es, eine gecrimpte Leitung zu produzieren und die dafür notwendigen Informationen digital und semantisch beschrieben bereitzustellen. Der notwendige Informationsfluss bzw. die Kommunikation sollte durch ein Produktionsauftragssystem (MES-Applikation) umgesetzt werden. Der erweiterte Demonstrator stellt das grundsätzliche Zusammenspiel zwischen Informationssystemen (MES-Applikation), einer Ressource (Crimp-Automat) und verschiedenen weiteren Produktverwaltungsschalen dar. Die zweite Ausbaustufe des Demonstrators ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Funktionsweise und die darin enthalten Komponenten sind im Folgenden kurz erläutert:

• MES-Applikation
  Das MES hat die Aufgabe, den Job zu initiieren und die verschiedenen Informationsquellen und -flüsse zu koordinieren.
• Einzelkomponente Leitung
  Die Leitung hat eine eigene Verwaltungsschale erhalten, deren notwendige Informationen (WireNumber und WireBatch) durch das Scannen eines QR-Codes in den Prozess eingespielt wurden.
• Einzelkomponente Terminal
  Das Terminal hat eine eigene Verwaltungsschale erhalten, deren notwendige Informationen (TerminalNumber und TerminalBatch) durch das Scannen eines QR-Codes in den Prozess eingespielt wurden.
• Crimp-Maschine
  Die Crimp-Maschine hat die Aufgabe den Crimp-Prozess auszuführen. Dabei werden die Informationen aus dem Job in den Produktionsprozess der Maschine eingespeist und Informationen an das MES zurückgespielt.
• Shopfloor-Monitoring
  Das Monitoring bündelt verschiedenste Informationen von Maschine, den Typ und Instanz Verwaltungsschalen und des jeweiligen ausgeführten Jobs (bspw. Crimkraftverlauf).
• BaSyx-Middleware
  In der BaSyx-Middleware wurden die Verwaltungsschalen der Maschine und der einzelnen Jobs hinterlegt, auf die während der Prozessdurchführung zugegriffen wurde.

Die Initialisierung eines Auftrags erfolgt durch das Scannen eines QR-Codes, in dem einige Jobinformationen wie die Job- und Produktnummer, sowie eine ID für die zu nutzende Maschine hinterlegt wird.

Darauf aufbauend muss der Job mit weiteren Informationen, wie die Produktinformationen der verwendenden Einzelprodukte, angereichert werden. Diese wurden im nächsten Schritt durch das Abscannen weiterer QR-Codes (Verwaltungsschale von Leitung und Terminal) dem Prozess hinzugefügt und im Job final abgelegt. Der Job ist nun vollständig, mit den Auftragsinformationen und den einzelnen Produktstammdaten von Leitung und Terminal, beschrieben.

Die MES-Applikation sendet den Auftrag mit der notwendigen Produktionsfreigabe nun an die Maschine und der Crimprozess kann durchgeführt werden. Die Maschine erzeugt während des Produktionsprozesses verschiedene Informationen wie Crimp-Kraftverläufe oder die Produktionsendzeit. Diese Informationen werden an die MES-Applikation nach Abschluss des Prozesses zurückgesendet und in der einzelnen Jobverwaltungsschale abgelegt. Dieser Prozessschritt soll sowohl das „Push- als auch das Pull-Prinzip“ darstellen und somit einen Ausblick geben, dass die Verwaltungsschale in der Lage ist, sowohl Informationen zu liefern als auch diese an den vorgesehenen „Parkplätzen“ abzulegen.

Auf dem Shopfloor-Monitoring können nach Abschluss des Prozesses alle notwendigen Informationen wie Job-ID, Crimpkraftkurve und verschiedenen Maschinenparameter eingesehen und überprüft werden.

Neue Erkenntnisse gab es durch die Umsetzung des Demonstrators:

1. BaSyx: Es musste sich für eine Middleware für die Umsetzung des Demonstrators entschiedenen werden. Nach mehreren Gesprächen mit Experten aus dem Bereich der Verwaltungsschale und der Industrie 4.0, wurde sich für die BaSyx-Middleware des Fraunhofer IESE entschieden. Durch die Implementierung des Demonstrators konnten innerhalb des Projektes viele Erfahrungen für die Anwendung der Verwaltungsschale gesammelt und den Fraunhofer-Entwicklern Rückmeldungen gegeben werden, welche Herausforderungen für die industrielle Anwendung noch geklärt werden müssen.
2. Anbindung Informationssystemen: Jedes Unternehmen in der Wertkette Leitungssatz besitzt eigene Informationssysteme und Datenbanken. Bei der Umsetzung des Demonstrators konnte hinsichtlich der Anbindung an die Informationssysteme wie MES, PLM oder ERP weitere Erfahrung gesammelt werden, wie die Verwaltungsschale sowohl als Austauschformat jedoch auch als neutraler Informationslieferant eingebunden werden kann.

Nächste Schritte und erwartbare Ergebnisse

Die Definition von notwendigen übergeordneten Anforderungen liegt vor, ebenso das Umsetzungskonzept und Aussagen über die Zielarchitektur. Entlang einer Referenz-Roadmap wurde ein Anbindungskonzept an Catena-X in Abstimmung mit den Partnern aus VWS4LS erstellt.