Digital twin for the single and small batch production
Final Report Abstract
Die Unternehmen der produzierenden EuK werden durch die Globalisierung und den steigenden Wettbewerb insbesondere von Wettbewerbern aus Asien und Osteuropa unter Druck gesetzt. Dies führt vor allem zu drei zentralen Herausforderungen, denen zukünftig begegnet werden muss: Ein zunehmender Kostendruck, kürzere Produktlebenszyklen sowie eine steigende Individualität der Produkte. Die deutsche produzierende EuK hat sich in der Vergangenheit durch eine höhere Qualität von der Konkurrenz differenziert. Dieser Vorsprung ist mittlerweile allerdings nicht mehr ausreichend und neue Differenzierungsmerkmale sind erforderlich, um Marktanteile und Wettbewerbsfähigkeit sicherzustellen. Hierfür bietet sich am Hochlohnstandort Deutschland, an dem eine Differenzierung über den Preis nicht möglich ist, die Differenzierung über einen überlegenen Herstellungsprozess an. Insbesondere die Vernetzung der Produktion sowie die damit verbundene systematische Aufnahme und Verarbeitung von Daten verfügt ober großes Potenzial. Dies befähigt zur Realisierung effizienter Herstellungsprozesse sowie zur Erzeugung von Transparenz für den Kunden. Die Verknüpfung der in der Produktion aufgenommenen Daten erzeugt zudem ein hinreichend genaues digitales Abbild des real hergestellten Produktes und erzeugt einen sogenannten digitalen Produktionszwilling. Dieser enthält alle spezifischen im Herstellungsprozess erhobenen Daten und ordnet diese dem individuellen Produkt zu. Für Betriebe der produzierenden EuK existiert kein systematisches Vorgehen, um einen ganzheitlichen digitalen Produktionszwilling zu erzeugen. Daher wurde im Rahmen des Forschungsprojekts ein Erklärungsmodell für den digitalen Produktionszwilling erarbeitet. Die vorgestellten Ergebnisse unterteilen sich in drei respektive vier zentrale Schritte. Zunächst wurde basierend auf empirischen Untersuchungen und einer umfassenden Literaturrecherche ein umfangreicher Anforderungskatalog erarbeitet. Weiterhin wurde eine Hauptprozesskette der EuK definiert und auf Datenschnittstellen hin untersucht. Die Erkenntnisse wurden im Beschreibungsmodell zusammengefasst und ermöglichen die Schaffung einer durchgängigen Datenverfügbarkeit über den kompletten Produktionsprozess hinweg. Darauf aufbauend wurde das Erklärungsmodell erarbeitet, das den ganzheitlichen digitalen Produktionszwilling erzeugt. Des Weiteren wurden Data Preprocessing Funktionen, mit denen die Daten sortiert, homogenisiert und aufbereitet werden, der Middleware+ zugewiesen. Die Middleware+ stellt diese aufbereiteten Daten dem ganzheitlichen digitalen Produktionszwilling zur Verfügung, sodass dort alle weiteren Datenanalyseverfahren durchgeführt werden. Hierdurch wird insbesondere die Entwicklung von spezifischen Ursache-Wirkungs-Beziehungen für das individuelle Produkt ermöglicht. Abschließend wurden die technologischen Voraussetzungen für die Implementierung der Middleware+ definiert und in den Branchen Werkzeug- und Formenbau und dem Mess- und Prüfmittelbau validiert.
Publications
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Digitale Transformation im Werkzeugbau. Aachen: Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, 2019
Boos, W.; Kelzenberg, C.; Wiese, J.; Goertz, D.; Boshof, J.; Busch, M.; Kessler, N.
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Digitaler Produktionszwilling im industriellen Werkzeugbau – Optimierung des Change Request Managements mithilfe des digitalen Produktionszwillings im Werkzeugbau. In: wt Werkstatttechnik online, Jahrgang 109 (2019) H. 9, S. 667-673
Schuh, G.; Kelzenberg, C.; Wiese, J.; Kessler, N.
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Creation of Digital Production Twins for the Optimization of Value Creation in Single and Small Batch Production. In: Procedia CIRP 93 (2020), 53rd CIRP Conference on Manufacturing Systems, Chicago, IL, USA, 2020, S. 222-227
Schuh, G.; Kelzenberg, C.; Wiese, J.; Kessler, N.
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Operational Implementation of Digital Production Twins in Single and Small Batch Production. In: ICIEA (2021), 8th International Conference on Industrial Engineering and Applications, Barcelona, Spanien, 2021
Schuh, G.; Kelzenberg, C.; Helbig, J.; Frey, C.
