Fachartikel

Projekt BaSys 4.0 für Industrie-4.0-Fertigung

Ein großes Problem für Industrie-4.0- aber auch IoT-Projekte ist die Vereinheitlichung der durch Maschinen und Sensoren bereitgestellten Daten. Denn während ein IoT oft von Grund auf mit neuen Sensoren aufgebaut wird, können in der Produktion die bestehenden Maschinen nicht so ohne weiteres neuen weichen. Die heterogenen Daten solcher Produktionsanlagen in eine einheitliche Plattform zu bringen, war deshalb eines der Hauptziele des BaSys-4.0-Projekts, das in eine produktiv nutzbare Open-Source-Software mündete.
BaSys 4.0 hat sich vor allem die Integration älterer Produktionsmaschinen auf die Fahnen geschrieben.
Das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering (IESE) fasst Industrie 4.0 zusammen als "Flexibilisierung der Produktionsprozesse und wirtschaftliche Fertigung bis hin zur Losgröße 1" und definiert damit die beiden zentralen Herausforderungen der Digitalisierung in der Fertigung. Dabei besagt die erste Herausforderung unter anderem, dass die Produktion reibungslos und ohne Zeitverluste an ein neues Produkt oder eine neue Produktvariante anpassbar sein muss oder – sozusagen umgekehrt – das bisherige Produkt muss mit gleicher Qualität von anderen Maschinen erzeugt werden können. Und die zweite Herausforderung setzt der Flexibilität sogar noch die Krone auf. Diese fordert, die einmalige Herstellung eines einzelnen Produktes genauso unkompliziert abzuwickeln, als gelte es, eine Million Stück vom Band laufen zu lassen.

Selbst wenn wir nicht an die Extreme dieser Herausforderung denken, sondern nur die Produktion "milde" flexibilisieren, stellt diese Anpassung ein große Aufgabe dar – für Konzerne, aber insbesondere für KMUs. Während sich Heerscharen von Ingenieuren an die Arbeit an den Produktionsmaschinen machen, fällt der IT zunehmend die Steuerung und Überwachung der Maschinendaten zu – Stichwort Internet of Things (IoT). Und IT-seitig erkannte Fraunhofer IESE die Notwendigkeit einer Software, die wandelbare Abläufe in einem Fertigungsprozess unterstützt. Außerdem muss sie die Integration heterogener Maschinen von unterschiedlichen Herstellern zu einem Gesamtsystem beherrschen.

Gerade letzteres verursacht in der IT Sorgenfalten. Zwar liefern selbst 20 Jahre alte Fertigungsmaschinen schon Daten aus diversen Sensoren, doch wertvoll werden diese erst, wenn unterschiedliche Datenformate verschiedener Maschinen sich einheitlich in einer Datenbank ablegen lassen. Vergleichbar ist dieses in etwas mit der derzeitigen Situation in der IT, die (vergeblich) versucht, Logdaten unterschiedlicher Anwendung in einer Oberfläche zu überwachen und zu der Erkenntnis gelangt, dass neue Tools notwendig sind.
Projekt BaSys startete 2016
Am 1. Juli 2016 fiel der Startschuss für das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt "Basissystem Industrie 4.0" (BaSys 4.0) [1], dass mit 12 Millionen Euro unterstützt wurde und über drei Jahre lief. In diesem Forschungsprojekt entwickelte das Fraunhofer IESE gemeinsam mit 14 weiteren Partnern aus dem Bereich der Produktionstechnik Konzepte, um "Digitale Zwillinge" (dazu gleich mehr) für die Produktion zu realisieren.

Angetreten sind die Forscher und Ingenieure mit dem Ziel, ein System für Produktionsanlagen zu entwickeln, das hilft, die oben genannten, zentralen Herausforderung der vierten industriellen Revolution umzusetzen. Um bestehende Technologien so zu vernetzen und zu integrieren, entwickelte das Projektteam eine virtuelle Middleware, die es erlaubt, die erforderlichen Dienste bereitzustellen und miteinander zu verknüpfen.

Digitaler Zwilling als Industrie-4.0-Fundament
Das zentrale Konzept der virtuellen Middleware ist der Digitale Zwilling. Ein Digitaler Zwilling repräsentiert ein reales Objekt – materiell oder immateriell – in der digitalen Welt in Form von Daten und Algorithmen und kann über Sensoren mit der realen Welt gekoppelt sein. Sie sind ein wichtiger Grundbaustein von Industrie-4.0-Konzepten und waren schon vor dem BaSys-Projekt bekannt. Digitale Zwillinge beschreiben die Eigenschaften und das Verhalten der realen Objekte unter bestimmten Bedingungen und können über Sensoren in Echtzeit mit der realen Welt in Verbindung stehen. Bei den Objekten kann es sich um Produkte, Dienstleistungen oder Prozesse handeln. Die Objekte können tatsächlich in der realen Welt bestehen oder für die zukünftige Verwendung geplant sein.

Dank der Kopplung mit realen Daten, wie Umgebungsbedingungen oder Maschinenpositionen, erlauben die Digitalen Zwillinge die Durchführung von komplexen Analysen und Simulationen. Für die Digitalisierung von Produktionsprozessen und Industrie 4.0 stellen Simulations-, Analyse-, Produktions- und Entwicklungsprozesse mit Digitalen Zwillingen die Basis dar. In der Industrie 4.0 begleiten die Digitalen Zwillinge den kompletten Entwicklungs-, Produktions- und Betriebszyklus eines Produktes oder Services. Abläufe lassen sich dank virtueller Simulationsmodelle planen, optimieren und anpassen.
3.02.2020/ln/John Pardey

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