Lernende digitale Zwillinge

Digitale Zwillinge werden verstärkt in der industriellen Fertigung eingesetzt, um die Arbeit mit komplexen (Fertigungs-)Anlagen zu vereinfachen. Dabei sind digitale Zwillinge eine möglichst realitätsnahe Abbildung von physischen Ressourcen, welche nicht nur deren Aussehen, sondern auch deren Verhalten exakt digital nachbilden. Das Einsatzgebiet von digitalen Zwillingen ist breit gefächert und sie werden während des gesamten Product Lifecycle Managements (PLM) eingesetzt. Sie ermöglichen unter anderem die virtuelle Entwicklung, Optimierung, Simulation, Inbetriebnahme oder Erweiterung von Anlagen, Fertigungsabläufen und Prozessen oder unterstützen die vorausschauende Planung oder Wartung. Insbesondere für eine Simulation von Fertigungsressourcen und einer darauf basierenden Optimierung ist eine exakte, realitätsgetreue digitale Abbildung des Verhaltens notwendig.

Im Rahmen des industriellen Forschungsprojektes Lernzwilling beschäftigt sich das Forschungszentrum Digital Factory mit genau diesem Problem – der Erstellung von Verhaltensmodellen existierender Fertigungsressourcen, um eine digitale Simulation und Optimierung zu ermöglichen. Ein wesentliches Ziel des Forschungsprojektes ist es die Erstellung dieser Verhaltensmodelle zu automatisieren und den Aufwand manueller Modellerstellung zu minimieren. Um dies zu erreichen werden Methoden des maschinellen Lernens sowie der Künstlichen Intelligenz eingesetzt, und durch diese automatisiert datengetriebene Verhaltensmodelle von realen Maschinen mittels eines Lernalgorithmus erstellt. Dazu wird ein System zur Aufzeichnung von Maschinendaten mittels eines SCADA Systems (Zenon von Copa-Data) sowie deren Speicherung deren in einem Datenbanksystem verwendet. Die aufgezeichneten Daten werden anschließend aufbereitet und in einem neuronalen Netz verarbeitet. Dadurch wird ein digitales Verhaltensmodell der realen Ressource erstellt. Die erstellten Modelle können durch den Live-Abgleich mit Maschinendaten kontinuierlich verbessert und somit die Abweichungen minimiert werden. Die Verhaltensmodelle werden als FMU Komponenten zur Verfügung gestellt und können in Simulationsumgebungen wie etwa twin von digifai integriert werden.

In Verbindung mit modernen Technologien der Mixed Reality wird sowohl die virtuelle Inbetriebnahme von komplexen Anlagen als auch die Schulung von Mitarbeitern durch digitale Zwillinge ermöglicht. Das Forschungszentrum für Nutzerzentrierte Technologien beschäftigt sich mit der Darstellung der Simulation der Digital Factory auf der Mixed Reality Brille Microsoft HoloLens 2 von Microsoft. Mit der entstandenen Applikation ist es möglich, sich frei durch die digitale Fabrik zu bewegen und dabei in Echtzeit den digitalen Zwilling zu betrachten. Die interaktiven Visualisierungen beschränken sich jedoch nicht nur auf die Digital Factory, sondern es können beliebige digitale Zwillinge aus der Software twin von digifai darstellen. Die 3D-Modelle sind korrekt verortet und ergänzen oder überlagern dabei die tatsächlich vorhandene Fertigungsanlage. Durch Anpassen der Visualisierung (z.B. Ändern der Transparenz, der Farbe oder des Umrisses) lässt sich sicherstellen, dass jederzeit ein bestmöglicher visueller Abgleich von realem und virtuellem Modell möglich ist. Dies ist wichtig, um die Funktionsweise des Lernalgorithmus kontrollieren und gegebenenfalls adaptieren zu können, hilft aber auch bei der digitalen Planung von Anlagenumrüstungen oder -erweiterungen.

 

 

Towards the application of Industry 4.0 technologies within SME’s

Kontakt für interessierte Unternehmen:

Prof. (FH) DI Dr. Robert Merz
Leiter Digital Factory Vorarlberg

+43 5572 792 3031
robert.merz@fhv.at

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Mag. (FH) Andreas Künz
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

+43 5572 792 7303
andreas.kuenz@fhv.at

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