Der Digitale Zwilling als virtuelles Abbild eines Geräts, einer Maschine oder Anlage ist in der Lage, reale Objekte mit simulierten Modellen zu verschmelzen. Dadurch eröffnen sich neue Potenziale für die produzierende Industrie, unabhängig in welchem Prozess der Digital Twin eingesetzt wird. Als Echtzeitmodell unterstützt er bei der Anlagenüberwachung oder Predictive-Maintenance-Anwendungen, kann aber auch bereits bei der Inbetriebnahme von Assets seine Stärken zeigen.
Ohne leistungsfähige Simulationswerkzeuge und Softwareanwendungen könnten wir diese enormen Potenziale jedoch nicht heben. Erst sie befähigen den Digital Twin dazu, aus virtuellen Vorhersagen reale Mehrwerte zu erzeugen. Nicht zuletzt ist der Digitale Zwilling der Schlüssel zur selbstoptimierenden Produktion und damit zur letzten Ausbaustufe der digitalen Transformation, wie Prof. Dr. Thomas Bauernhansl im Editorial dieser Ausgabe feststellt.
Als Enabler für Autonomie hauchen wir unseren Maschinen und Anlagen mit dem Digital Twin also nicht nur Leben ein, sondern ermöglichen autonome Produktionssysteme, die sich selbstständig regeln und optimieren.
In dieser Ausgabe des atp magazins widmen wir uns ausschließlich dem Digitalen Zwilling und zeigen, wie Sie ihn gewinnbringend einsetzen können und wie Software und Simulation sie dabei bestmöglich unterstützen können.
Werfen Sie einen Blick ins Inhaltsverzeichnis!

Die Interview-Highlights

“Europa muss zum Open Source Leader werden“ (Mike Milinkovich und Gaël Blondelle)
In Industrie 4.0 läuft heute fast jeder Prozess software-basiert ab. Dennoch spielt besonders Open Source Software in der Wahrnehmung vieler Verantwortlicher in der produzierenden Industrie noch immer kaum eine Rolle. Im Interview machen Mike Milinkovich, Geschäftsführer der Eclipse Foundation, und Gaël Blondelle, Managing Director der Eclipse Foundation Europe GmbH, deutlich, warum sich das ändern sollte und wieso Europa zum Open Source Leader werden muss.
”Ganzheitliche Konzepte statt digitalem Flickenteppich“ (Dr. Felix Hanisch, Nils Weber)
Mit der Absage der diesjährigen NAMUR-Hauptsitzung aufgrund der Corona- Pandemie ging ein Beben durch die deutsche Prozessindustrie. Warum Covid-19 der NAMUR die Chance gibt, sich digital neu zu erfinden und wie die weitere Roadmap der Interessengemeinschaft aussieht, erklären Dr. Felix Hanisch, NAMURVorstandsvorsitzender, und Nils Weber, NAMUR-Geschäftsführer, im atp-Interview.

Die peer-reviewten Hauptbeiträge

Security-by-Design für Industrie 4.0
 „TARA ist nicht nur beim Wiegen wichtig“
Die zunehmende Vernetzung bringt neben zahlreichen Chancen und Möglichkeiten auch neue Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf Cyber-Bedrohungen mit sich. Stuxnet, der als Augenöffner für neue Bedrohungsszenarien galt, wurde bereits vor zehn Jahren entdeckt. Seither hat sich sowohl die Angriffszahl, aber auch die Qualität der Angriffe deutlich erhöht, wie das BSI in seinem Jahresbericht 2019 schreibt. Der Beitrag nimmt sich dieser Herausforderung an und schlägt einen modellbasierten Ansatz vor, mit dem das Thema Anlagen-Security bereits in die Planungsphase aktiv integriert wird. Der Leser bekommt detaillierte Beschreibungen von Bedrohungs- und Risikoanalysen sowie Angriffsbäumen, die durch Beispiele veranschaulicht werden.
VR-Training im Pharma-Betrieb
 „Uncharted – von der Playstation in die Anlage“
Virtual-Reality ist aus der Spielewelt nicht mehr wegzudenken. Der Gamer taucht in realitätsnahe Welten ein und fühlt sich als Teil der Umgebung. Ziel ist es, die Grenzen zwischen virtueller Welt und Realität verschwimmen zu lassen. Nicht zuletzt seit dem Einzug der Gamification in die Industrie lernen auch Ingenieure das Spiel als Trainings- und Lernmethode kennen. Der Beitrag gibt ein Beispiel für die moderne Nutzung von Virtual-Reality-Brillen bei der Schulung von Mitarbeitern in pharmazeutischen Anlagen. Mittels sogenanntem Deep Training bekommen die Anlagenbediener die Möglichkeit, Fehlerzustände und Notfälle vorab in einer sicheren Umgebung zu erfahren und so die richtigen Schlüsse abzuleiten. Beispiele aus dem Exzellenzzentrum VR der Bayer AG verdeutlichen den Nutzen.
Digitale Anlagenmodelle in der Prozessindustrie
„Ein digitales Anlagenabbild über den gesamten Lebenszyklus“
Der GMA-Fachausschuss 6.12 veröffentlicht bereits seit mehrehren Jahren sehr erfolgreiche Richtlinien, White Paper und Statusreports zum durchgängigen und effizienten Anlagenengineering. Nicht zuletzt haben dabei Themen wie der Digitale Zwilling die Relevanz von Modellen bzw. der Rollen, die damit im Zusammenhang stehen, erheblich gesteigert. Die Autoren greifen die veröffentlichten Beiträge des GMA FA 6.12 zum Thema „Durchgängiges und Dynamisches Engineering von Anlagen“ auf und konkretisieren die darin erläuterten Rollen und Anforderungen für die Prozessindustrie. Dabei werden sowohl unterschiedliche Erwartungen, Ziele, Modellinhalte und Aufwände als auch bestehende Realisierungsansätze vorgestellt.
AI-Supported Workflows for Chemical Batch Plants
 „OK Google, what are the current mass flow rates? “
Die zunehmende Komplexität des Engineerings und Betriebs von prozesstechnischen Anlagen erfordert neue Wege der Unterstützung für alle Beteiligten. Aus unserem Alltag kennen wir dieses Thema bereits: Siri, Google und Alexa unterstützen als sogenannte Sprachassistenten bei alltäglichen Fragestellungen nach dem Wetter, der neuen Playlist bzw. führen aktiv Aktionen, wie beispielsweise das Einschalten des Wohnzimmerlichts, aus. Grundlage hierfür bilden neuronale Netze, die unser gesprochenes Wort analysieren. Die Autoren beschreiben, wie derartige Assistenzfunktionen in industrielle Anwendungen überführt werden können. Dazu gehört beispielsweise ein technisches Vokabular, das die Sprachassistenten beherrschen müssen. Am Beispiel von KI-basierten Fehlerursachenanalysen werden die Vorteile solcher Assistenzfunktionen erläutert.
Digital Twins in Practice
„Der Digitale Zwilling in der Cloud“
Der Digitale Zwilling gilt als Chance, die bestehenden Datensilos zu sprengen und ein durchgängiges und stets aktuelles digitales Anlagenabbild über den gesamten Lebenszyklus zu erhalten. Dieses Ziel erfordert jedoch die konsequente Anwendung von Informationsschichten, wie sie die Verwaltungsschale bietet. Der Beitrag beschreibt Methoden zur Cloud-basierten automatisierten Erstellung und Pflege von Digitalen Zwillingen. Am Beispiel der ABB AbilityTM Plattform wird gezeigt, welche Architekturelemente dafür notwendig sind und wie diese technologisch am Beispiel von REST-APIs, OPC UA und RDF umgesetzt werden können..
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