Lachauer, C. (2022). Entwicklung eines Digital Twins für eine Fertigungszelle [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.69741
Lieferengpässe, eine immer individuellere Nachfrage bis hin zur Losgröße 1 sowie die wachsende Konkurrenz in Schwellenländern stellen die europäische Industrie vor eine Vielzahl von Herausforderungen. Um diesen Problematiken erfolgreich zu begegnen, ist ein möglichst flexibler Produktionsprozess erforderlich. Da eine Erhöhung der Agilität durch zusätzliche Maschinen und spezifisch geschultes Personal mit hohen Kosten verbunden sind, sollen digitale Technologien dazu beitragen, das Problem der sich ständig ändernden Produktionsumgebungen unter Einhaltung hoher Qualitätsstandards zu lösen. Jedoch ist das Personal im Bereich der Produktionsplanung nur bedingt mit spezifischen IT-Kenntnissen ausgestattet. Zudem besteht in Europa ein Mangel an IT-Fachkräften, wodurch sich die Umsetzung für viele Unternehmen schwierig gestaltet. Der Einsatz von 3D-Simulationen ist in der Produktion bereits ein gängiges Werkzeug und findet dort bereits seit über zwei Jahrzenten Anwendung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf Basis von dreidimensionalen Simulationen an einem bereits bestehenden Produktionsprozess Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Als erster Schritt wird in dieser Arbeit ein Digitales Modell erstellt, auf Basis dessen sowohl ein Software-in-the-Loop als auch Hardware-in-the-Loop Ansatz realisierbar sind. Daraufhin wird dieses um einen einseitigen vollautomatisierten Datenfluss erweitert, wodurch ein Digitaler Schatten entsteht. Die Daten werden durch Sensoren aufgegriffen und mit dem IoT-Kommunikationsprotokoll MQTT weiter an die Middleware Node-RED geleitet und über einen Webservice in die Simulation übertragen. Im nächsten Schritt werden im Digitalen Modell Bereiche mit spezifischen Eigenschaften definiert, um eine digitale Steuerung der Anlage zu ermöglichen. Der Fokus liegt dabei vor allem auf den Geschwindigkeiten der Roboter und der Vorbeugung von Kollisionen. Auf Basis dieser Variante lässt sich unter anderem ein Plug & Play Konzept realisieren. Alles in allem werden die Möglichkeiten der Simulationssoftware ABB RobotStudio für eine digitale Steuerung beleuchtet, die dazu beitragen sollen, den Prozess flexibler zu gestalten. Abschließend wird der Einsatz einer 3D-Simulation für einen Digitalen Zwilling kritisch hinterfragt und Vorschläge für eine optimale Software auf Basis der Erkenntnisse dieser Arbeit aufgezeigt.
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Supply bottlenecks, increasingly individualized demand up to batch size 1, and growing competition in emerging markets present European industry with a variety of challenges. In order to successfully counter these issues, a production process that is as flexible as possible is required. Since increasing agility through additional machines and specifically trained personnel is associated with high costs, digital technologies are intended to help solve the problem of constantly changing production environments while maintaining high quality standards. However, personnel in the area of production planning are only equipped with specific IT knowledge to a limited extent. In addition, there is a shortage of IT specialists in Europe, which makes implementation difficult for many companies. The use of 3D simulations is already a common tool in production and has been applied there for more than two decades. The aim of this work is to show optimization possibilities on the basis of three-dimensional simulations on an already existing production process.The first step in this work is to create a digital model which enables both a software-in-the-loop and a hardware-in-the-loop approach. Furthermore, this will be extended by a one-way fully automated data flow, resulting in a so called digital shadow. The data is picked up by sensors and forwarded to the middleware Node-RED using the IoT communication protocol MQTT and transferred to the simulation via a web service.In the next step, areas with specific properties are defined in the digital model to enable digital control of the plant. The focus here is primarily on the speeds of the robots and the prevention of collisions. Among other things, a plug & play concept can be realized on the basis of this concept. All in all, the possibilities of the simulation software ABB RobotStudio for a digital control which should help to make the process more flexible, are highlighted. Finally, the use of a 3D simulation for a digital twin is critically questioned and suggestions for an optimal software based on the findings of this thesisare presented.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers