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

Unsere Vision

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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

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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.

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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SDM4FZI ermöglicht nicht nur die automatisierte Softwareentwicklung, sondern auch den automatisierten Test der generierten Software 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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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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Aufgrund der durchgängigen Verfügbarkeit relevanter Qualitäts-, Prozess- und Maschinendaten ist eine Vielzahl an datenbasierten Diensten und Geschäftsmodellen (Servicification of Manufacturing) denkbar. Beispiele hierfür sind Condition Monitoring, Service- und Instanthaltungsmanagement für Produktionssysteme oder die virtuelle End-of-Line Qualitätskontrolle für Produkte.

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Die Anwendungen werden durch eine Orchestrierung unterschiedlicher Use Cases abgebildet. Die Use Cases können sowohl singulär als auch im Zusammenspiel mit anderen Use Cases vermarktet werden. Über Verwaltungsschalen greifen sie auf ein gemeinsames Datenmodell zu.

  • Edge Computing Shopfloor Ecosystem

    Um in einer Produktionsumgebung Software Defined Manufacturing nutzen zu können, müssen moderne IT- Technologien auf dem Shopfloor eingesetzt werden. Wie es gelingt, Softwaremodule hardware- und betriebssystemunabhängig zu nutzen, herstellerübergreifend mit möglichst wenig IT-Fachwissen sicher in Betrieb zu nehmen zeigen wir hier.

  • Die Möglichkeiten von KI und natürlicher Sprache

    Die KI-gestützte Robotersteuerungsplattform, ermöglicht die intuitive und effiziente Programmierung von Robotern ohne tiefgreifende Programmierkenntnisse. Durch die Modularisierung von Operatoren und wiederverwendbaren Bausteinen für spezifische Aufgaben wird die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Robotersteuerung deutlich erhöht.

  • Sprachbasierte Steuerung mittels Asset Administration Shell

    Der Use Case für sprachbasierte Steuerung in der Industrie, wie in Arena2036 des SDM4FZI Projekts, ermöglicht die Bedienung ganzer Anlagen. Mittels einer Middleware und Mobilgeräten wird das benötigte Vokabular für die Assets bereitgestellt, was sich bei Änderungen im Produktionssystem anpasst. Die Spracherkennung wird automatisiert optimiert.

  • Forschungsplattform für Cloud-basierte Steuerungstechnik

    In einem realitätsnahen Umfeld werden Steuerungsaufgaben aus dem Schaltschrank auf eine Edge-Cloud verlagert. Hierzu werden Mechanismen zur Realisierung und automatisierten Deployment verteilter, zuverlässiger und virtualisierter Steuerungsanwendungen erforscht und erprobt.

  • Automated and Dynamic Risk Assessment for Software-Defined Systems

    Um die Anwendbarkeit unseres automatisierten und dynamischen Risikobewertungsansatzes für softwaredefinierte Systeme zu bewerten, haben wir einen Franka-Emika-Panda-Roboterdemonstrator entwickelt. Wir implementierten verschiedene Steuerungskonzepte, einschließlich KI und Reinforcement Learning, um sicherheitskritische Aufgaben wie die Handhabung von Chemikalien auszuführen.

  • Digitalisierung des Safety Lifecycles

    Safety Engineering in hochdynamischen und ständig veränderlichen Produktionsumgebungen ist ein intensiv manueller Prozess, bei dem viel Expertenwissen notwendig ist. Die Effizienz dieses Prozesses kann jedoch erheblich gesteigert werden, wenn geeignete Tool-Unterstützung bereitgestellt wird.

  • Durchgängige Datenfusion für Qualitätsanalyse und Maschinenüberwachung

    Der Use Case zeigt, wie man eine Vielzahl von gleichzeitig anfallenden Maschinendaten (Sensor-, Antriebs- und Messdaten) nutzbringend verwendet. Erreicht wird eine verbesserte Qualitätsüberwachung bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität der Produkte. Zusätzlich wird eine Zustandsüberwachung der Maschine sowie der verwendeten Werkzeuge erreicht.

  • Virtualisierung einer Echtzeitsteuerung

    HOMAG hat ein Konzept umgesetzt, um eine komplette Steuerung zu virtualisieren. Die Steuerung besteht aus einem HMI Teil mit Windows Betriebssystem und Windows Applikationen, sowie einer Echtzeitsteuerung basierend auf einem LINUX Realtime Betriebssystem mit Echtzeit Applikationen, wie SPS, CNC und Feldbus Controller. Heutige HiLS Anwendungen können somit durch SiL ersetzt und dadurch Hardwarekomponenten (IPCs) eingespart werden.

  • Beherrschung wandlungsfähiger Produktionssysteme durch SDM

    Wandlungsfähige Produktionssysteme erfordern eine durchgängige und möglichst automatisierte Planung um effektiv eingesetzt werden zu können. Das wbk Institut für Produktionstechnik erforscht hierzu einerseits die Automatisierung von Planungsaufgaben und andererseits die Integration von Softwarelösungen zur Automatisierung der Produktionsplanung.

  • Herstellung von Digitalen Zwillingen für den gesamten Lebenszyklus

    Bei HOMAG können reale Maschinen und Anlagen hochautomatisiert aus einem Baukasten heraus hergestellt werden. Dieser hohe Automatisierungsgrad soll auch für Digitale Zwillinge erreicht werden, um diese wirtschaftlich über den gesamten Produktlebenszyklus und in unterschiedlichen Varianten einsetzen zu können.

  • Digitale Zwillinge | Antriebssimulationsmodelle: Durchgängige Anwendbarkeit

    In diesem Demonstrator kommen verschiedene Simulationsmodelle der Servo-Antriebe zu einer systemischen Anwendung und bilden zugleich einen Systemtest. Bosch Rexroth validiert und demonstriert damit das umgesetzte Konzept und die Architektur der SW-defined Komponentenmodelle verschiedener Detailierungsgrade, bzgl. des Realverhaltens und des Use Case.

  • Condition-Monitoring-Lösung zur Überwachung von Elektromotoren

    Zur Überwachung von Elektromotoren mittels Condition Monitoring wurde ein Demonstrator aufgebaut, der eine ganzheitliche Lösung aufzeigt: Von der Datenaufzeichnung und -Speicherung über die Vorverarbeitung und Merkmalsextraktion bis hin zum Training, der Verwaltung und der Anwendung von Machine-Learning-Modellen.

  • 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…