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Stuttgarter Innovationstagen

Software-defined Manufacturing

für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie

Inspiriert vom Smartphone-Konzept wird durch die Entkopplung von Hardware und Software
ein offenes, nahtloses und anpassungsfähiges Produktionssystem geschaffen, das sich neuen
Herausforderungen anpasst

– the future manufacturing paradigm

Unsere Vision

Unsere Vision ist es, die Entwicklung und den Betrieb
von Produktionssystemen mit etablierten Methoden
aus der IT neu zu denken. Hierzu trennen wir
Produktionsanwendungen von Hardware und
Infrastruktur, vergleichbar mit dem Smartphone.
Produktionssysteme werden schnell und effizient
anpassbar, durchgängig verwaltbar und innovative
Lösungen leicht integrierbar.

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Strikte Trennung von Hardware und steuernder Software

Softwaretechnische Realisierung von Funktionen, die nicht in der Hardware vordefiniert sind

Neue Ansätze und Methoden analog zu Lösungen aus der Informations- und Kommunikationstechnik

Abstraktion der Hardware durch digitale Zwillinge

Grundlagen

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SDM Referenzmodell

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.

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SDM Produktions-OT

Die Produktions-OT muss neu gedacht werden. So
soll automatisiert generierte Software in Echtzeit
und interoperabel auf die Produktionssysteme
verteilt werden (Echtzeit-Deployment). Dazu wird
über Virtualisierung die Trennung von Software
und Hardware erreicht. Dies erfordert eine völlig
neue Infrastruktur mit offenen
Steuerungsarchitekturen und einer durchgängigen
Kommunikation – vom Sensor bis in die Cloud.

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Wandlungsfähigkeit

SDM4FZI revolutioniert die Zukunft der Produktion,
in der Wandlungsfähigkeit nicht nur eine
Herausforderung, sondern vor allem eine Chance
darstellt. Wir setzen auf fortschrittliche
Technologien und durchdachte Strategien, um
Fertigungsprozesse an die Anforderungen einer
sich ständig verändernden Welt anzupassen.

Anwendungen

Simulationsgestütze Optimierung

Mithilfe der entwickelten digitalen Zwillinge für 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 automatisch auf reale Produktionssysteme eingespielt (optimierter Betrieb).

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Softwaregenerierung

SDM4FZI ermöglicht nicht nur die automatisierte Softwareentwicklung, sondern auch den automatisierten Test der generierten Software gegen anhand der digitalen Zwillinge. Auf diese Weise wird die korrekte Funktionalität sichergestellt bevor Softwarekomponenten zu Anwendungen zusammengefügt bzw. auf die Zielsysteme verteilt und dort ausgeführt werden.

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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 inkl. Auditierung und Abnahme sowie den späteren Betrieb inkl. Service und Wartung.

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Datenbasierte Dienste

Aufgrund der durchgängigen Verfügbarkeit relevanter Qualitäts-, Prozess- und Maschinendaten ist eine Vielzahl an datenbasierten Diensten und Geschäftsmodellen (Servicification of Manufacturing) denkbar. Beispiele hierfür ist Condition Monitoring, Service- und Instanthaltungsmanagement für Produktionssysteme oder die virtuelle End-of-Line Qualitätskontrolle für Produkte.

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Use-Cases

  • Automatische Updates von Digitalen Zwillingen verbessern mit SDM

    Im Use Case zeigt SimPlan auf, wie Produktionsplaner bei der Bewertung der Robustheit eines Systems unterstützt werden können. Durch automatisierte Anpassungen von Architektur und Struktur der Wertstromzwillinge an spezielle Anforderungen wandelbarer Materialflusskonzepte können ausgewählte Systemkonfigurationen untersucht und bewertet werden.

  • Durchgängiges automatisiertes Engineering an einer HOMAG Maschine

    HOMAG hat ein modulares Konzept für die kundenindividuelle Konfiguration ihrer Maschinen. Diese mechatronischen Module haben eine hohe Wiederverwendbarkeit und ermöglichen eine automatisierte Auftragsbearbeitung, so dass eine qualitativ hochwertige Maschine entsteht. Die Verwaltungsschale dient dabei zur Verwaltung der Daten während des Engineerings.

  • Modulare Feinplanung für die wandlungsfähige Produktion

    Im Use Case entwickelt die flexis AG eine modulare Planungslösung für das kurzfristige Produktionsprogramm, die einfach an die konkret vorliegende Ausprägung der wandelbaren Produktion adaptiert werden kann. Im Zusammenspiel mit einer Produktionssystemplanung und einer ereignisdiskreten Simulation kann die Robustheit des Settings validiert und die Basis für fundierte Entscheidungen für Wandlungsmaßnahmen geschaffen werden.

  • Software-defined Automation and Live-Visualization

    Im Use Case zeigt Ascon Systems die Möglichkeiten innovativer IT-basierter Steuerungstechnologien im Shopfloor im Rahmen der Stuttgarter Maschinenfabrik vom ISW. Zudem werden die sich daraus erschließenden Möglichkeiten zur Integration weiterer IT-Services, wie z.B. Live-Visualisierung zum Condition Monitoring in 3D präsentiert.

  • Aufbau eines modularen wandlungsfähigen Produktionssystems

    Zur Umsetzung des Demonstrators der software-definierten Fertigung greifen eine Vielzahl technologischer und konzeptueller Puzzlestücke ineinander. Die Bosch Forschung setzt hier zwei Schwerpunkte: Es gilt die Planung und Rekonfiguration von modularen und wandlungsfähigen Produktionssystemen zu beschleunigen, um am Markt bestehen zu können.

Mehr Use-Cases folgen bald…

Publikationen

AlleDatenbasierte DiensteEngineeringKommunikationModellierungSafety & SecuritySDM-VisionenSimulationVerwaltungsschaleVirtualisierungWandlungsfähigkeit

Projektpartner

Verbundpartner

Partner

Projektträger

Kontakt

Koordination

Michael Neubauer

+49 711 685-82421
michael.neubauer(at)isw.uni-stuttgart.de
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Seidenstraße 36
70174 Stuttgart, Deutschland

Johannes Fisel

+49 7223 82-228
johannes.fisel(at)de.bosch.com
Robert Bosch GmbH

Postfach 106050
70049 Stuttgart, Deutschland

Verwertung

Marvin May

+49 1523 950-2624
marvin.may(at)kit.edu
Institut für Produktionstechnik (wbk)

Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe, Deutschland