Die Welt der digitalen Dinge

Die Intelligenz des Bauteils

19. September 2018 Bauteile als Informationsträger

In den letzten Jahren hat Brasilien im Bereich der Produktionstechnik mächtig aufgeholt und ist damit auch für die Forschung in Deutschland interessant geworden. Viele deutsche Firmen haben hier ihre Standorte, viele brasilianische Unternehmen haben eigene, bemerkenswerte Produktionstechniken entwickelt. Das gilt insbesondere für Hersteller von Werkzeugmaschinen wie Indústrias ROMI S.A. aus Piracicaba nahe São Paulo, die ihrerseits mit der Universidade Metodista de Piracicaba (UNIMEP) eine Forschungskooperation unterhält.

Neutronenstern mit rotem Riesen

UNIMEP wiederum stellt den brasilianischen Part des 2017 fortgesetzten DFG-Projekts „Intelligente Bauteile in intelligenten Produktionsprozessen und -umgebungen (SCoPE)“, das Reiner Anderl von der TU Darmstadt im Rahmen einer Sachbeihilfe eingeworben hat. Bei SCoPE geht es um Bauteile sowie aus mehreren Bauteilen zusammengesetzte Baugruppen, die Abläufe in cyber-physischen Systemen – also innerhalb von smarten Produktionsanlagen der Industrie 4.0 – steuern und die selbstständig durch eine intelligente Produktionsumgebung navigieren können. „Diese intelligenten Bauteile tragen Informationen über ihre physischen Eigenschaften, ihren Verwendungszweck sowie ihre Fertigungshistorie in sich“, erklärt Anderl. „Und sie sind fähig, diese Daten in intelligenten Produktionsprozessen zu verarbeiten.“

Auch SCoPE ist in bestem Sinne Grundlagenforschung, denn der Ansatz, Bauteile als Informationsträger zu betrachten, ist völlig neu. „Die digitale Konstruktion von Bauteilen kennen wir ja schon seit vielen Jahren“, sagt Anderl. Unterstützendes Computer-Aided Design (CAD) sei in den Prozessen zur Herstellung eines Produkts inzwischen gang und gäbe. „Im Gegensatz hierzu aber digitalisieren wir das hergestellte Bauteil selbst. Wenn alles so läuft wie geplant, kann dies zu einem Paradigmenwechsel im Ingenieurwesen führen.“

Bis es dazu kommen könnte, ist es aber erst einmal nötig, die strukturellen Zusammenhänge zwischen Einzelteilen, Baugruppen, Montageplätzen, Montageoperationen und Montagesequenzen besser zu verstehen. Deshalb wurde am Fachgebiet „Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK)“ der TU Darmstadt ein Bauteildatenmodell entwickelt, das die grundlegenden Datenstrukturen für den Einsatz intelligenter Bauteile in smarten Produktionsumgebungen abbilden kann. „Für die Abbildung der Interaktionen zwischen intelligentem Bauteil und smarter Produktionsumgebung während der Produktionsprozesse war dann das Laboratory for Computer Integrated Design and Manufacturing (SCPM) der UNIMEP verantwortlich.“

Um ihre Forschung voranzutreiben, durfte das Darmstädter SCoPE-Team unter anderem als Referenzobjekt ganz konkret einen Pneumatikzylinder aus der benachbarten „Prozesslernfabrik“ der Technischen Universität benutzen – eine Institution, die den Studierenden mit ihren Sägen, Dreh- und Werkzeugmaschinen, Qualitätsmessplätzen und Montagelinien eigentlich ganz praktisch und handlungsorientiert Methoden zur Prozessoptimierung in der Produktion vermittelt. Auch so konnten Synergien geschaffen werden.

Als positiven Nebeneffekt hat SCoPE für die anwendungsorientierte Forschung das inzwischen heiß diskutierte Thema des „digitalen Zwillings“ mit aufs Schild gehoben, der als virtuelles Abbild einer realen Maschine oder Anlage dabei helfen soll, das Maschinendesign zu optimieren, die Inbetriebnahme effizienter zu gestalten, Umrüstzeiten zu verkürzen und einen fehlerfreien Betrieb zu garantieren. Für das Jahr 2015 beziffert der deutsche Digitalverband Bitkom das wirtschaftliche Potenzial aller digitalen Zwillinge in der Fertigungsbranche auf rund 80 Milliarden Euro – unter der Voraussetzung, dass die Systeme zukünftig nicht nur miteinander vernetzt sind, sondern zusätzlich autonom verstehen, vorausschauend agieren und sich selbst optimieren können.

„Noch haben wir verschiedene Datenbestände, die nicht unbedingt miteinander kompatibel sind“, bestätigt auch Anderl. Damit intelligente Bauteile und intelligente Baugruppen sich im Gesamtkontext der Produktion austauschen können, bedarf es eines gemeinsamen Wortschatzes und einer gemeinsamen Sprache. „Wissenschaftlich sprechen wir hier von Spezifikationsmethoden“, sagt Anderl. „Und an diesen objektbezogenen Spezifikationsmethoden arbeiten wir hier in SCoPE gerade sehr intensiv.“

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