Digitaler Zwilling II
FVA 889 II | IGF-Nr. 01|F22467 N
Integration der Entwicklung des Digitalen Zwillings in die Entwicklung des physischen Produktes
Digitale Zwillinge haben ein hohes Nutzenpotential im Kontext der Antriebstechnik und finden zunehmend Verwendung im praktischen Einsatz. Allerdings ist die Entwicklung und Implementierung Digitaler Zwillinge ein komplexes und interdisziplinäres Vorhaben und stellt viele Unternehmen vor Herausforderungen. Um dies zu adressieren, wurde in dem hier beschriebenen Forschungsvorhaben die Entwicklung Digitaler Zwillinge systematisiert und in ein Vorgehensmodell überführt.
Zu diesem Zweck wurde das Gesamtkonzept Digitaler Zwillinge in drei Teilbereiche untergliedert, was eine präzisere Betrachtung ermöglicht: Modelle, Sensorik und IT Infrastruktur. Für jeden dieser Teilbereiche wurden Vorgehensschritte zur Entwicklung erarbeitet. Dabei ist zu betonen, dass die Entwicklung weiterhin interdisziplinär durchgeführt wird und kein Silo-Denken entsteht.
Die dem Digitalen Zwilling zugrundeliegenden Modelle beschreiben ausgewählte Merkmale, Eigenschaften, Zustände und Verhalten des Physischen Zwillings. Für die Modellierung ist zunächst der Modellierungsrahmen und die relevanten Aspekte des Physischen Zwillings festzulegen. Diese Aspekte sind in Form von Sub-Modellen abzubilden, welche über eine Modellstruktur miteinander verknüpft sind.
Um die Modelle mit Echtzeit-Daten zu speisen, sind Sensoren im oder am Physischen Zwilling notwendig. Dabei ist zu differenzieren, welche Daten von den Modellen benötigt werden (Interessensgrößen) und welche Betriebsgrößen wirklich gemessen werden können (Messgrößen). Darüber hinaus sind geeignete Messorte und Messprinzipien zu ermitteln, auf deren Basis eine Sensorauswahl und -integration stattfinden kann.
Der Daten- und Informationsaustausch zwischen Sensoren und Modellen findet über eine IT Infrastruktur statt. Dabei kann zwischen einer lokalen oder einer Cloud Infrastruktur unterschieden werden, auch Mischformen sind möglich. Die Wahl ist dabei auf Basis des angestrebten Funktionsumfangs zu treffen und stellt den Ausgangspunkt zur Identifikation der notwendigen Hard- und Softwarekomponenten dar.
Die Vorgehensschritte in den Teilbereichen Modelle, Sensoren und IT Infrastruktur wurden sukzessiv in einen Handlungsleitfaden zur Entwicklung Digitaler Zwillinge überführt. Dieser orientiert sich am V-Modell der VDI 2206 und erweitert dieses durch die parallele Modellierung, Auswahl und Integration von Sensoren, sowie Entwicklung der IT Infrastruktur.
Begleitend über den gesamten Projektzeitraum wurden die Erkenntnisse an einem durchgängigen Evaluationsbeispiel erprobt und veranschaulicht. Konkret handelte es sich dabei um ein zweistufiges Industriegetriebe des Typs X2FS100 der Firma SEW Eurodrive GmbH & Co. KG. Es wurde ein Digitaler Zwilling dieses Getriebes erarbeitet, welcher in der Lage ist, Sensordaten des übertragenen Drehmoments und der Drehzahl zu verarbeiten und daraus Schädigungsbeiträge der Verzahnungen und Lager abzuschätzen. Als Modellgrundlage wurde die FVA-Workbench verwendet, in der das Getriebe digital modelliert wurde.
Das Vorhaben IGF-Nr. 01|F22467 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.
