Digital Twin und Augmented Reality: Von der Idee zur Umsetzung mit MES

Viele Unternehmen haben offenbar eine klare Vision für Industrie 4.0. Wie können die entsprechenden digitalen Technologien wirksam und effizient implementiert werden, sodass eine schnelle Amortisierung gewährleistet ist? Diese Frage ist nach wie vor entscheidend, und wir sind der Meinung, eine Antwort darauf zu haben. Die Lösung ist eine Kombination aus unterschiedlichen Technologien wie Digital Twin und Augmented Reality (AR) mit modernen Betriebsmanagement-Systemen wie MES.

ZUNÄCHST EINMAL DIE GRUNDLAGEN: DIGITAL TWIN UND AUGMENTED REALITY

Digital Twin oder der digitale Zwilling ist eine digitale Nachbildung einer physischen Einheit, z.B. einer Fertigungslinie oder einer einzelnen Verarbeitungsanlage. In der Fertigung umfasst sie verschiedene Modelle und Daten über das Produkt, die Wirtschaftsgüter, die Produktionslinie oder die Fabrik. Anhand von IIoT-Daten ist es möglich, das virtuelle Modell auf der Grundlage der Ereignisse im realen (physischen) System in Echtzeit zu aktualisieren.


Augmented Reality (AR) bietet eine interaktive Darstellung einer realen Umgebung, in der Objekte, die sich in der realen Welt befinden, durch computergenerierte Informationen einschließlich der sensorischen, auditiven und olfaktorischen Eindrücke ergänzt werden. Ähnlich wie bei einem digitalen Zwilling und wie in der Abbildung unten zu sehen ist, bilden die physische und virtuelle Welten ein Kontinuum.

Schauen wir uns nun das Zusammenspiel dieser Technologien an. Augmented Reality schafft eine Verbindung zwischen der physischen Welt einer Fabrik und ihrem virtuellen Abbild – Digital Twin – indem es einen Einblick in die beiden Komponenten ermöglicht, die mit Daten aus den tatsächlichen Prozessen ergänzt werden, um so die Entscheidungsfindung und das Wissensmanagement zu optimieren.

Darüber hinaus muss eine weitere Komponente betrachtet werden: Digital Thread oder der digitale Faden. Ein Digital Thread beschreibt den Handlungsrahmen, der Datenflüsse verbindet und eine holistische Darstellung der Daten eines Assets / Betriebsmittels über seinen gesamten Produktlebenszyklus ermöglicht. Dieses Framework umfasst Protokolle, Sicherheitsaspekte und Normen. Digital Thread verknüpft digitale Zwillinge, digitale Modelle von physischen Objekten oder Gruppen von Objekten. Alle ausgehenden Datenströme, die den digitalen sowie den physischen Aspekt eines Prozesses betreffen, werden dabei zu einem digitalen Faden zusammengefasst. Dieser Digital Thread ist ein wichtiger Bestandteil der horizontalen und vertikalen Integration von Industrie 4.0 zwischen verschiedenen Systemen und Disziplinen.

DER MES-GESTÜTZTE DIGITALE ZWILLING

Die digitalen Zwillinge und MES (Manufacturing Execution Systems) sind aufgrund ihrer Struktur sehr eng miteinander verknüpft. Wir sind der Meinung, dass das MES den eigentlichen digitalen Zwilling der Fabrik darstellt. Betrachtet man solche MES-Funktionen wie die Bereitstellung eines Fabrikmodells, die Datendefinitionen, die Abbildung der Produktionsprozesse (physisch und virtuell) und die Nutzung der Daten für die Status- und Entscheidungsfindung, so entspricht das MES-Kernstück der Funktionalität eines digitalen Zwillings.

Schauen wir uns die zentralen MES-Funktionen an, um zu verstehen, was genau das MES zu einem Digital-Twin-Tool macht:

  • Erfassung und Speicherung von Daten, um die vollständige Synchronisierung der virtuellen (Digital Twin) und der realen Welt einfach und inhärent zu realisieren
  • Verarbeitung von Datenströmen, die von allen angeschlossenen Geräten, einschließlich IIoT, empfangen werden
  • Abgleich der eingehenden Daten mit den im Modell gespeicherten Standards, sodass sichergestellt ist, dass Fehlerschutz, Warnungen und Alarme ggf. ausgegeben werden

Die neueren MES-Versionen – Augmented MES – verfügen über einen digitalen Zwilling zur Visualisierung der Statusinformationen. Darüber hinaus setzen sie moderne Sensoren (IIoT, RFID, Scanner) ein, um Aktualisierungen bezüglich Materialien, Maschinen, Werkzeugen, Personal und Transportsystemen vorzunehmen. Sie koordinieren und aktualisieren das Modell mit dem Ziel den aktuellen Stand abzubilden.

Dank moderner MES können Sie vorhandene Baupläne (Blueprints) und CAD-Modelle von Geräten sowie ortsgebundene Dienste nutzen. So können Daten schnell geladen, Elemente bzw. Maschinen in den virtuellen Räumen positioniert und Ergebnisse visualisiert werden, sodass sowohl Sie als auch Ihre Mitarbeiter davon profitieren können.

MES VERBESSERT AR

Das MES bietet bereits seit Jahren eine Anleitung für Anwender und Techniker in Form von Arbeitsanweisungen auf den Bildschirmen. Diese Funktion gilt als ein wichtiges Element der Bedienerschnittstelle. Mit dem Aufschwung der AR-Technologie liefert das MES eine optimierte Benutzerfreundlichkeit. So können Mitarbeiter, die AR- oder intelligente Brillen, Mobiltelefone, Tablets und andere digitale Geräte einsetzen, entscheidende Prozessinformationen einblenden lassen.

Beispielsweise kann ein Mitarbeiter die AR-Brille zur Visualisierung einer Verarbeitungsanlage verwenden. Das MES zeigt dabei Mengen, Prüfergebnisse, Arbeitsanweisungen, Genealogie oder historische Aufzeichnungen an. Auch der Maschinenstatus oder die Wartungsinformationen, wie MTBF oder MTTR, können eingeblendet werden. Dafür muss für jede Ressource im MES mithilfe von AR-Identifikatoren festgelegt werden, welche Daten in welcher Reihenfolge anzuzeigen sind.

Der Einsatz von AR ist in den meisten Arbeitsbereichen der Fabrik möglich. SOPs, Checklisten, WIP und KPIs zur Information über Qualität, Durchsatz und Verfügbarkeit können von Betriebs- und zur Wartungsteams abgerufen werden. Eine interaktive Arbeitsanleitung dient dem Fehlerschutz bei den durchgeführten Arbeiten. Die Nachverfolgung von Materialien je Behälter – Mengen, Seriennummern und Verfallsdaten – trägt zur Verbesserung der Abläufe im Betrieb, Versand und Kundendienst bei. Den Möglichkeiten sind keine Grenzen gesetzt!

AUGMENTED MES IST SCHON HEUTE REALITÄT!

Wir haben bereits darüber gesprochen, wie ein modernes MES anhand von Digital Twin und AR die Produktivität erhöhen und Verbesserungen vorantreiben kann. Hierbei handelt es sich nicht um theoretische Beispiele, denn bereits heute sind kommerzielle Versionen solcher MES-Suiten erhältlich. Diese Systeme — wir nennen sie Augmented MES — wurden speziell dafür entwickelt, um Industrie 4.0 und die damit einhergehenden digitalen Technologien umzusetzen.

Mit Augmented MES können Sie den digitalen Zwilling der Fabrik erkunden, weiterentwickeln und optimieren sowie den Einsatz von AR in Ihrer Fabrik fördern. Doch längst nicht alle MES bieten solche Möglichkeiten! Viele aktuelle MES-Produkte verfügen weder über die Breite der Anwendungen noch über die zusätzlichen Funktionalitäten zur Umsetzung von Industrie 4.0, IIoT, Digital Twin und AR.

Treffen Sie also eine sorgfältige Auswahl und genießen Sie alle gewonnenen Vorteile, sobald Sie sich für ein Augmented MES entschieden haben. Augmented MES treibt deutlich und zeitnah den Fortschritt eines Unternehmens auf dem Weg zur Industrie 4.0 voran. Es bietet Ihnen die Grundlage für den Einsatz von solchen Zukunftstechnologien wie Digital Twin, AR und IIoT. Außerdem stellt es eine Datenplattform für kontinuierliche Verbesserungen der betrieblichen Abläufe und der Leistungsfähigkeit bereit – die Eckpfeiler zur Umsetzung von Industrie 4.0.

Der vorliegende Beitrag ist ein Auszug aus unserem Whitepaper Digital Twin and Augmented Reality: From Ideal to Real with MES. Das vollständige Whitepaper lesen Sie hier.

Über die Critical Manufacturing Deutschland GmbH

Critical Manufacturing bietet innovative Softwaretechnologie und Dienstleistungen zum Betrieb der modernsten Fertigungen weltweit. Das Manufacturing Execution System (MES) der neuesten Generation steht im Zentrum von Industrie 4.0 durch die weitreichenden Möglichkeiten zur Integration, Mobile Anwendung, Konnektivität sowie logischer Dezentralisation. Das umfassende und durchgängige System erhöht die Performance, Kontrolle und Qualität in komplexen Fertigungsorganisationen.
Das Unternehmen ist Teil der Critical Group, einer 1998 gegründeten private Firmengruppe, die IT-Lösungen für geschäftskritische Anwendungen anbietet.
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