SDM4FZI
Software-defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie
Die Herausforderung in der Fahrzeug- und Zulieferindustrie besteht heute darin, trotz hochvolatiler Märkte und unter dynamischen Bedingungen, wirtschaftlich zu produzieren. Der hierfür entscheidende Wettbewerbsfaktor ist die Wandlungsfähigkeit von Produktionssystemen. Um die maximale Wandlungsfähigkeit zu erreichen, ist eine strikte Trennung zwischen der Hardware der Produktionssysteme und der steuernden Software zu schaffen. Das Projekt SDM4FZI beschäftigt sich daher mit der neuen Methode: Software-defined Manufacturing (SDM). Analog zu Lösungen aus der Informations- und Kommunikationstechnik sollen auch nicht vordefinierte Funktionen durch automatisch generierte Software realisiert werden. Grundvoraussetzung ist die Abstraktion der vorhandenen Hardware durch digitale Zwillinge mit deren Hilfe die Software automatisch abgeleitet und verteilt werden kann. Dazu ist die vorhandene Produktions-OT (Operational Technology) neu zu denken, um die Steuerungs- und Kommunikationsinfrastruktur SDM-fähig zu gestalten. SDM schafft die Grundlage für innovative Anwendungen und Geschäftsmodelle, die als Kern digitale Zwillinge zur Optimierung wandlungsfähiger Produktionssysteme verwenden.
Grundlagenforschung
SDM Referenzarchitekturmodell
Digitale Zwillinge stellen das Schlüsselelement für das SDM-Konzept dar. Sie beschreiben Produkte, Prozesse und Produktionssysteme mittels Daten, Informationen und Verhaltensmodellen, die über den gesamten Maschinen- bzw. Produktlebenszyklus entstehen und anfallen. Ein einheitlicher Bauplan (Referenzarchitektur) stellt die Interoperabilität zwischen den digitalen Zwillingen über die gesamte Zulieferkette sicher. Mit ihnen werden eine Vielzahl an Applikationen und innovative Geschäftsmodelle ermöglicht z.B. die automatische Softwaregenerierung.
SDM Produktions-OT
Der zweite wesentliche Baustein zur Umsetzung von SDM ist eine Produktions-OT, die es ermöglicht automatisiert generierte Software in Echtzeit und interoperabel auf die Produktionssysteme zu verteilen (Echtzeit-Deployment). Hierzu wird die Methode der Virtualisierung zur Trennung von Software und Hardware durch eine Abstraktionsschicht eingesetzt. Dies erfordert eine völlig neue Infrastruktur mit offenen Steuerungsarchitekturen und einer durchgängigen Kommunikation von Sensor bis Cloud.
Wandlungsfähigkeit
Durch die Verheiratung des Referenzarchitekturmodells mit der SDM-fähigen Produktions-OT ergeben sich hinsichtlich Wandlungsfähigkeit der Produktion enorme Potenziale. Um diese bestmöglich auszuschöpfen werden Strategien erforscht, um die wandlungsfähige SDM-Fabrik an die unsicheren Entwicklungen auf dem Markt und im gesamten Unternehmensumfeld optimal und dynamisch anzupassen.
Anwendungsszenarien
Simulationsgestütze Optimierung
Mithilfe der entwickelten digitalen Zwillinge (Produkte, Prozesse und Produktionssysteme) werden automatisiert Produktionsszenarien erstellt, virtuell analysiert und optimiert. Nach erfolgreichem Test in der Simulation fließen die Optimierungen in die weitere Produktionssystemplanung ein (optimierter Aufbau) bzw. werden auf realen Produktionssystemen automatisch eingespielt (optimierter Betrieb).
Durchgängiges Engineering
Neben dem bereits heute stark durch Simulationen unterstützten Inbetriebnahmevorgang, lassen sich weitere Engineering-Prozesse mit digitalen Zwillingen vereinfachen. Das durchgängige Engineering umfasst auch die Planungsphase mit Konstruktions- und Projektierungsdaten, den Aufbau mit standort- und unternehmensübergreifenden Informationen, die Freigabe (Auditierung und Abnahme) sowie den späteren Betrieb (Service und Wartung).
Softwaregenerierung
SDM ermöglicht nicht nur die automatische Softwareentwicklung, sondern auch den automatisierten Test der generierten Software gegen digitale Zwillinge. Auf diese Weise wird die korrekte Funktionalität sichergestellt bevor Softwarekomponenten zu Anwendungen zusammengefügt bzw. auf die Zielsysteme verteilt und ausgeführt werden.
Datenbasierte Dienste
Aufgrund der Durchgängigen Verfügbarkeit relevanter Qualitäts-, Prozess- und Maschinendaten ist eine Vielzahl an datenbasierten Diensten und Geschäftsmodellen (Servicification of Manufacturing) denkbar. Condition Monitoring sowie Service- und Instanthaltungsmanagement für Produktionssysteme seien genauso wie die virtuelle End-of-Line Qualitätskontrolle für Produkte exemplarisch genannt.
Fragen und Antworten
Das Ziel von SDM4FZI ist es, die Fabriken der Fahrzeug- und Zulieferindustrie wandlungsfähiger zu machen. Der Lösungsansatz besteht darin, die Produktion rein über Software zu definieren und dadurch dynamisch anpassbar zu gestalten.
SDM4FZI ist speziell auf die Fahrzeug- und Zulieferindustrie zugeschnitten, jedoch grundsätzlich für alle Branchen interessant, die in Produktionsstätten fertigen. Dabei gibt es keine Einschränkung hinsichtlich der Unternehmensgröße. SDM erhöht die Wandlungsfähigkeit der Produktionen von kleinen Unternehmen, dem Mittelstand bis hin zu Konzernen.
Ein Kernelement der SDM-Methode sind digitale Zwillinge für Produkte, Prozesse und Produktionssysteme. Diese sind nicht per se untereinander kompatibel. Um die Interoperabilität sicherzustellen, ist ein standardisierter Bauplan erforderlich: das Referenzarchitekturmodell.