Erstellung eines digitalen Schattens für eine flexible Fertigungszelle

Abstract

Die Fertigungsindustrie steht vor der Herausforderung, ihre Systeme flexibler und effizienter zu gestalten, um schnell auf veränderte Produktionsbedingungen reagieren zu können. Ein vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung eines Digitalen Schattens – einer Digitalen Abbildung eines realen Systems, die es ermöglicht, Prozesse in Echtzeit zu simulieren, zu überwachen und zu optimieren. Diese Arbeit untersucht die Konzeption und Implementierung eines solchen Digitalen Schattens für eine flexible Fertigungszelle und zeigt die Vorteile dieser Technologie für die Produktionsoptimierung auf. Im Zentrum der Untersuchung steht die Abbildung physikalischer Eigenschaften der Fertigungszelle in einem Simulationsprogramm, das automatische Anpassungen bei Änderungen im realen System ermöglicht. Ein besonderer Fokus liegt auf der effizienten Datenübertragung in Echtzeit, um eine realitätsnahe Simulation zu gewährleisten. Durch die Integration gängiger Schnittstellen und die Entwicklung eines intuitiven Benutzerinterfaces wird der Digitale Schatten zu einem vielseitigen Werkzeug für Analyse und Steuerung. Zudem bietet die Speicherung und spätere Wiedergabe von Zeiträumen in der Simulation die Möglichkeit zur detaillierten Prozessanalyse. Die Arbeit betont den Mehrwert des Digitalen Schattens für die flexible Fertigung: von der schnellen Aktualisierung physikalischer Änderungen über die Implementierung neuer Systemkomponenten bis hin zur Visualisierung der Aktivität im dreidimensionalen Raum. Eine kritische Auseinandersetzung mit der Datenübertragung, Genauigkeit und Stabilität der Simulation hebt sowohl die Herausforderungen als auch das Optimierungspotenzial dieser Technologie hervor. Die Ergebnisse zeigen, dass die Implementierung eines Digitalen Schattens eine effektive Methode zur Steigerung der Effizienz in Fertigungsprozessen darstellt und einen wertvollen Beitrag zur digitalen Transformation in der Industrie leistet. Der Ausblick auf zukünftige Arbeiten weist auf Möglichkeiten zur Weiterentwicklung in Richtung Digitaler Zwilling, die Anwendung in weiteren Fertigungszellen sowie die Optimierung von Genauigkeit, Portabilität und zentraler Datenverarbeitung hin.

The manufacturing industry faces the challenge of making systems more flexible and efficient to respond quickly to changing production conditions. A promising approach is the development of a Digital Shadow—a digital representation of a real system that enables real-time simulation, monitoring, and optimization of processes. This thesis explores the design and implementation of such a Digital Shadow for a flexible manufacturing cell and highlights the benefits of this technology for production optimization. The focus of this study is on simulating the physical properties of the manufacturing cell in a simulation program, which allows for automatic adjustments when changes occur in the real system. Particular attention is given to efficient real-time data transfer to ensure accurate simulation. By integrating standard interfaces and developing an intuitive user interface, the Digital Shadow becomes a versatile tool for analysis and control. Additionally, the ability to record and later replay time periods in the simulation offers the potential for detailed process analysis. The thesis emphasizes the added value of the Digital Shadow for flexible manufacturing: from the rapid updating of physical changes and the implementation of new system components to the visualization of activity in three-dimensional space. A critical examination of data transfer, accuracy, and stability of the simulation highlights both the challenges and optimization potential of this technology. The results demonstrate that implementing a Digital Shadow is an effective way to enhance efficiency in manufacturing processes and makes a valuable contribution to the digital transformation of the industry. The outlook for future work points to opportunities for further development toward a Digital Twin, application in additional manufacturing cells, and the optimization of accuracy, portability, and centralized data processing.