Im Zuge der voranschreitenden Digitalisierung gewinnt das Konzept des Digitalen Zwillings zunehmenden an Bedeutung und soll im Bereich von Produktionssystemen ermöglichen, die Produktivität und die Effizienz zu steigern. Aufgrund der teilweisen Implementierung von Digitalen Zwillingen in Branchen wie beispielsweise der Luftfahrt und der Automobilindustrie zeigte sich ein großes Potential von Digitalen Zwillingen für weitere Industriesektoren. Energieintensive Produktionsanlagen, wie beispielsweise der Extrusionsprozess in der Kautschukindustrie, können durch die vielfältigen Möglichkeiten von Digital Twin-Konzepten in Richtung ressourcenschonender Verfahren, im Hinblick auf Energieverbrauch und Rohstoffeinsatz, getrieben werden.

© Semperit

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Digitalen Zwillings-Architektur nach dem Baukastensystem im Bereich der Kautschukextrusion.

Im Zuge des Projektes wird eine Digitale Zwillings-Architektur für eine Produktionslinie im Bereich der Kautschukextrusion entwickelt. Zu Beginn der Arbeit steht die Untersuchung des aktuellen Stands der Technik sowie die Erhebung des Umfangs der Digitalen Zwillings-Architektur. Ziel der Prozessanalyse ist es Schlüsselparameter des Extrusionsprozesses zu erheben und das gesammelte Wissen des Prozesses in einer zentralen Wissensbasis zu dokumentieren. Die Wissensbasis bildet das Fundament für die Identifizierung passender Methoden zur Datenanalyse und Modellierung.

Für die Überführung der Produktionslinie in den virtuellen Raum soll ein funktionsfähiger Digitaler Zwilling des Kautschuk-Extrusionsprozesses modelliert werden. Für die Modellierung des komplexen Prozesses, kombiniert mit stark nichtlinearen und zeitabhängigen Materialverhalten, werden sowohl physikalische als auch datengetriebene Modellierungsmethoden berücksichtigt.

Kernelement der Digitalen Zwillings-Architektur ist die Datenebene, welche das Domänenwissen des Prozesses in maschinenlesbarer Form und die Daten (Prozessdaten, Materialdaten, etc.) beinhalten soll. Die semantische Beschreibung des Prozesses soll mit Hilfe einer Ontologie realisiert und in die Architektur des Digital Twin eingebettet werden.

Für den Austausch von Informationen und Daten innerhalb der Digitalen Zwillings-Architektur soll eine geeignete IT/OT-Industriedomäne entwickelt werden. Die Informationen und Daten aus der Datenebene werden mit Hilfe der IT-Infrastruktur den entwickelten Modellen zu Verfügung gestellt. Ebenso sollen die physische und virtuelle Einheit innerhalb der IT/OT-Industriedomäne mit geeigneten Kommunikationsprotokollen und Schnittstellen miteinander verknüpft werden.

Der letzte Abschnitt des Projektes fokussiert sich auf die Rückkopplung von Signalen aus dem virtuellen Raum (der Modelle) in den realen Prozess. Für das Ausschöpfen des größtmöglichen Potentials der zu entwickelnden Digitalen Zwillings-Architektur soll ein geeignetes Regelungskonzept aufgesetzt werden. Dies liefert die Grundlagen für eine intelligente Überwachung, Diagnose, Vorhersagen und Steuerung des Prozesses durch den Digital Twin und somit die Möglichkeit zu einer Verbesserung in den Bereichen wie beispielsweise des Materialeinsatzes, der Produktqualität und der Energiekosten.