Mithilfe von digitalen Zwillingen können Produktionsabläufe in Echtzeit simuliert und optimiert werden. (Bild: Zimmer Group)
Digitale Abbilder von Bauteilen, Systemen und komplexen Anlagen haben die industrielle Landschaft in vielerlei Hinsicht geprägt und gewinnen zunehmend an Bedeutung. Simulationen mit virtuellen Zwillingen ermöglichen es, wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen und Produkte oder Systeme zu optimieren, ohne kostspielige und zeitaufwendige reale Tests durchführen zu müssen. Probleme können frühzeitig erkannt und behoben werden, was maßgeblich zur Verbesserung des Produktionsprozesses beiträgt.
Digital Twins: ein Erfolgsrezept für die Industrie
In Branchen wie der Automobilindustrie ermöglichen digitale Zwillinge die Entwicklung neuer Modelle und die Vorhersage des Wartungsbedarfs. Im Energiesektor werden sie eingesetzt, um komplexe Anlagen und Infrastrukturen zu simulieren und die Energieeffizienz zu steigern. Darüber hinaus werden Simulationen auch in der Intralogistik eingesetzt, beispielsweise in Verbindung mit autonomen mobilen Robotern (AMR), um deren Verhalten und Leistung in verschiedenen Umgebungen zu testen.
Dies ermöglicht eine effiziente Planung, Optimierung und Fehlererkennung. Digitale Zwillinge bieten eine risikofreie Trainingsumgebung und sind ein wertvolles Werkzeug zur Beschleunigung und Verbesserung von Produktionsprozessen.
Probleme beheben, bevor sie entstehen
Durch den Einsatz von digitalen Zwillingen können Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden, was sich in einer Vielzahl von Anwendungen als äußerst vorteilhaft erweist. Die Zukunftsaussichten dieses revolutionären Digitalisierungsansatzes versprechen eine Vielzahl an Effizienzsteigerungen in unterschiedlichen Industriebereichen.
Komplexität meistern
Die Zimmer Group, langjähriger Entwickler in der Automatisierungsbranche, hat das enorme Potenzial der virtuellen Simulation frühzeitig erkannt. Durch die Integration von digitalen Zwillingen entlang des gesamten Produktionsprozesses können Effizienzsteigerungen erzielt, Fehler minimiert und Entwicklungszeiten verkürzt werden. Zudem eröffnen sich ganz neue Geschäftsmöglichkeiten. Komplexe Produktionsanlagen wären ohne die Vorteile von digitalen Zwillingen heute so gar nicht denkbar.
Die Evolution von CAD-Modellen zu Digital Twins
Die Zimmer Group stellt seit langem bewegliche 3D-Modelle aller Bauteile und Produkte für nahezu jedes CAD-System zur Verfügung, um bei der Konstruktion und virtuellen Inbetriebnahme zu unterstützen. Zusätzlich zu diesen Modellen bietet die Zimmer Group auch intelligente digitale Abbildungen ihrer Komponenten für verschiedene Systeme zur virtuellen Inbetriebnahme an. Alternativ dazu werden auch reine Verhaltensmodelle, sogenannte FMU-(Functional-Mock-up-)Modelle, angeboten.
Diese Modelle können in beliebigen Simulationsumgebungen mit den 3D-Modellen verbunden werden und liefern Informationen über physisches Verhalten sowie vorhandene Kommunikationsschnittstellen.
Kongress Digitale Fabrik
Auf dem Kongress "Digitale Fabrik" treffen sich jährlich Expertinnen und Experten der digitalen Produktions- und Fertigungsplanung zum intensiven und vor allem persönlichen Austausch.
Der nächste Kongress findet 2025 statt.
Weitere Informationen zum Kongress gibt es hier: Alles zur Digitalen Fabrik!
Detaillierte Analyse von Automatisierung
Im Vergleich zu den 3D-Modellen ermöglichen diese Simulationsmodelle eine detailliertere Analyse der Automatisierung, was wiederum dazu führt, dass große Teile des SPS-Programms frühzeitig in einer virtuellen Umgebung getestet werden und das Verhalten realitätsnah dargestellt wird. Als nützlichen Service bietet die Zimmer Group ihren Kunden diese Funktionsbausteine als zusätzliches Datenpaket (ADP) zum kostenlosen Download auf ihrer Website an.
Nicht nur virtuelle Inbetriebnahme – die Zwillingsanlage läuft mit
Die Zimmer Group ist davon überzeugt, dass Digital Twins auch weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Automatisierung von Produktionsprozessen spielen werden. Ulrich Doll, Head of Project Management, erklärt: „Neben den Kundenprojekten, die wir bereits mit digitalen Zwillingen durchführen, engagieren wir uns in der Twinstore Community, in der Kunden vollständige Komponentenmodelle herunterladen können, um den vollen Funktionsumfang einer Komponente in ihrer Zwillingsanlage abzurufen.“ Dies führt zu einer deutlichen Qualitätssteigerung des digitalen Zwillings und beschleunigt die mechatronische Entwicklung.
Obwohl Simulationen bisher hauptsächlich bei der Entwicklung und Inbetriebnahme von Anlagen gefragt sind, sieht man ebenso großes Potenzial für längere Laufzeiten.
Doll erläutert: „Unser Ziel ist es, die Zwillingsanlage parallel zur realen Anlage laufen zu lassen. So können wir beispielsweise virtuelle Schulungen oder Langzeittests durchführen und Erweiterungen bestehender Anlagen realitätsnah prüfen.“
Trends für die Intralogistik aufgreifen
Als Handhabungs- und Automatisierungsspezialist beobachtet die Zimmer Group seit Jahren die Trends und gestaltet die Automatisierung in der Logistikbranche aktiv mit. Auf der diesjährigen Logimat zeigt die Zimmer Group unter anderem eine Auswahl an Handhabungs- und Systemtechnik, mit der sich die unterschiedlichsten Herausforderungen in Logistikprozessen lösen lassen. Gefragt sind nach wie vor flexible Lösungen, die sich möglichst einfach in bestehende Anlagen und Prozesse integrieren lassen.
Vor diesem Hintergrund hat die Zimmer Group die flexible Roboterzelle ZiMo entwickelt. Die mobile, modulare Plattform mit Roboter und Endeffektor ermöglicht eine schnelle und effiziente Automatisierung von Produktionsprozessen, ohne dass eine aufwendige, stationäre Anlage installiert werden muss. Das umfangreiche Ecosystem von ZiMo ist mit allen gängigen Leichtbaurobotern und Greifern der Zimmer Group kompatibel. Eine Ablagestation ermöglicht bei Bedarf den automatischen Wechsel der Endeffektoren. Eine mechanische Aufhängung für KLTs, Kartons oder Werkstücke sowie die integrierte Sensorik für Sicherheitseinstellungen bei kooperativen und kollaborativen Anwendungen machen ZiMo zu einem sicheren und flexiblen Partner in der Produktion.
Die kompakte Bauweise ermöglicht den unkomplizierten Einsatz an verschiedenen Arbeitsplätzen und die kurzen Rüstzeiten sorgen für eine schnelle Anpassung an neue Produktionsumgebungen. Mit zwei komplexen End-of-Arm-Tools gibt die Zimmer Group einen Einblick in ihr umfangreiches Portfolio der Systemtechnik: zum einen das Handhabungssystem für Säcke, das in der Lage ist, neben Säcken aus verschiedenen Materialien und mit unterschiedlichen Füllgütern auch Paletten oder Zwischenlagen zu greifen.
Ein weiteres Highlight wird ein Greifsystem für Reifen sein, das bereits erfolgreich in der Automobilindustrie eingesetzt wird.
Logimat Stand 6B24 - Halle 6
Echtzeitsimulation einer Roboterzelle
Durch den Einsatz des virtuellen Zwillings können Unternehmen Zeit und Kosten sparen, indem sie Produkte digital entwickeln und optimieren, bevor sie in die reale Produktion gehen.
Besonders deutlich wird dies bei der Planung und Umsetzung komplexer Anlagen und Roboterzellen. Für den französischen Küchenmöbelhersteller Schmidt Groupe entwickelte die Zimmer Group eine Roboter-Bearbeitungszelle zum Bohren und Beschlagsetzen von Küchenmöbelteilen. Die Zelle ist Teil einer Fertigungslinie, mit der komplette Kücheneinrichtungen in der Losgröße 1 hergestellt werden.
Gefordert war eine Verfügbarkeit von mehr als 98 Prozent, das heißt, die Wartung sollte nicht zu einem kompletten Maschinenstillstand führen. Daher kam nur ein modulares System in Frage. Hinzu kam der Wunsch nach Flexibilität, Genauigkeit sowie Erweiterbarkeit bei einer Stückzahl-1-Fertigung ohne vordefinierte Bearbeitungsprogramme.
Echtzeitsimulation senkt Risiken
Ermöglicht wurde die Realisierung der komplexen Zelle durch eine Echtzeitsimulation. Projektleiter Ulrich Doll: „Während der Entwicklung und Inbetriebnahme der Anlage haben wir neben der realen Anlage immer mit unserem digitalen Zwilling gearbeitet. An diesem virtuellen Abbild konnten wir alle Funktionen digital ausprobieren und ohne Risiko an der Steuerung der Anlage arbeiten, teilweise noch bevor die einzelnen Komponenten gefertigt waren.“
Die virtuelle Zelle wurde mit Hilfe des digitalen Zwillings im Hardware-in-the-Loop-System ISG Virtuos erstellt. So konnte die Leistungsfähigkeit der Anlage bereits vor der Realisierung überprüft und die Kundenanforderung konsequent im Sinne von Industrie 4.0 umgesetzt werden.
Innovationspreis Losgröße 1+
Die Herangehensweise der Zimmer Group zahlt sich aus: Neben zufriedenen Kunden konnte man auch die Jury des ife – Netzwerk für Einzelfertiger überzeugen. Gemeinsam mit den Kooperationspartnern L’Engineers und Schmidt Groupe wurde die Zimmer Group Ende 2023 für die Holzbearbeitungsanlage mit dem „Innovationspreis Losgröße 1+“ ausgezeichnet.
Potenziale für zukünftige Entwicklungen
Der Einsatz des virtuellen Zwillings hat bereits verschiedene Bereiche der Industrie erobert und birgt noch großes Potenzial für zukünftige Innovationen. Durch die digitale Abbildung realer Systeme, Produkte oder Produktionsprozesse können Unternehmen wertvolle Daten und Erfahrungen sammeln.
Insgesamt bietet der virtuelle Zwilling somit branchenübergreifend ein enormes Potenzial für Unternehmen, effizienter zu arbeiten und sich noch schneller an neue Herausforderungen anzupassen.
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