Digitaler Zwilling für Robotikanwendungen
Strukturierte Echtzeitanalyse
Laut der Gesellschaft für Informatik sind digitale Zwillinge mehr als reine Daten. Sie bestehen aus Modellen der Objekte oder Prozesse, die sie repräsentieren. Darüber hinaus können sie aber auch Simulationen, Algorithmen und Services enthalten, die Eigenschaften oder Verhalten des jeweiligen Objekts oder Prozesses beschreiben und beeinflussen. Oft bieten sie auch ergänzende Dienste an. Der digitale Zwilling ist damit meist deutlich klüger als die Anlage oder der Prozess, den er abbildet.
Lässt sich ein digitaler Zwilling einfach und ohne zusätzliche Hardware integrieren hilft er dabei, die Qualität von Produkten zu erhöhen und Prozesse zu verbessern.
Lässt sich ein digitaler Zwilling einfach und ohne zusätzliche Hardware integrieren hilft er dabei, die Qualität von Produkten zu erhöhen und Prozesse zu verbessern.Bild: ArtiMinds Robotics GmbH

In vielen Fällen sammeln digitale Zwillinge Daten aus einem Prozess, reichern diese mit Informationen an und leiten daraus, z.B. über Berechnungen, Konsequenzen für zukünftiges Handeln ab. Richtig genutzt ergeben sich somit zahlreiche Vorteile für Prozessoptimierungen und Verbesserung der Produktqualität. Aber wie erhält der digitale Zwilling mit relativ wenig Aufwand die dafür notwendigen Daten? Und wie wird es möglich, aus der Fülle der Daten die wirklich relevanten zu extrahieren und diese sinnvoll weiterzuverarbeiten?

 Dr. Sven Schmidt-Rohr, Geschäftsführer von ArtiMinds Robotics: "Ein digitaler Zwilling ist nur sinnvoll, wenn er einfach in den vorhandenen Prozess integriert werden kann. Wir sprechen bei unserer Lösung daher auch vom intelligenten Adapter für den digitalen Zwilling, weil sich damit sehr schnell und ohne den Einsatz weiterer Hardware ein digitaler Zwilling erzeugen lässt."
Dr. Sven Schmidt-Rohr, Geschäftsführer von ArtiMinds Robotics: „Ein digitaler Zwilling ist nur sinnvoll, wenn er einfach in den vorhandenen Prozess integriert werden kann. Wir sprechen bei unserer Lösung daher auch vom intelligenten Adapter für den digitalen Zwilling, weil sich damit sehr schnell und ohne den Einsatz weiterer Hardware ein digitaler Zwilling erzeugen lässt.“Bild: ArtiMinds Robotics GmbH

Herz und Kopf der Teilanlage

Je nach Lösungsansatz gelangt man zu einem digitalen Zwilling nur, indem man weitere Hard- oder Software in die abzubildende Anlage integriert. In Robotik-Anwendungen gibt es aber einen relativ einfachen Weg, einen digitalen Zwilling zu realisieren. Dr. Sven Schmidt-Rohr, Geschäftsführer von ArtiMinds Robotics, erläutert: „Aus unserer Sicht ist ein digitaler Zwilling nur sinnvoll, wenn er einfach in den vorhandenen Prozess integriert werden kann. Wir sprechen bei unserer Lösung daher auch vom intelligenten Adapter für den digitalen Zwilling, weil sich damit sehr schnell und ohne den Einsatz weiterer Hardware ein digitaler Zwilling erzeugen lässt. Wir nutzen dazu den Roboter, der das zentrale Element einer Teilanlage ist. Er ist verknüpft mit Sensorik und Aktorik und kommuniziert mit diesen Komponenten ohnehin.“ Sprich: Im Roboter sind sehr viele relevante Prozessdaten bereits vorhanden.

Setzt man hier mit einer Lösung zur Datensammlung an, lässt sich diese kompakt integrieren und einfach verwenden. Es entsteht eine schlanke Lösung, die sich mit wenig Aufwand in einen bestehenden Prozess einbinden lässt. Wie das konkret aussehen kann, zeigen die Robotik-Experten von ArtiMinds mit ihrer Robot Programming Suite (RPS).

Komplexe Programme und Analysen via Drag&Drop erstellen

Mit der RPS lassen sich in einem einzigen Tool Roboteranwendungen planen, programmieren, betreiben, analysieren und optimieren. Diese No-Code-Programmierung ist herstellerunabhängig und wird per Drag&Drop über einzelne Funktionsbausteine erledigt. Den nativen Robotercode erzeugt die Software dann automatisch.

Trotz des einfach zu bedienenden Ansatzes lassen sich sehr komplexe Programme realisieren. Diese Vorgehensweise verfolgt die Programming Suite aber nicht nur beim Programmieren, sondern auch bei der Analyse. Mit dem Zusatzmodul Learning & Analytics for Robots (LAR) lassen sich Live-Sensordaten überwachen, analysieren und optimieren. Auch die Analysen werden mit wenigen Klicks und über die entsprechenden Parameter an die jeweilige Anwendung angepasst.

Über den intelligenten Adapter für den digitalen Zwilling lassen sich ohne zusätzliche Hardware Prozesssensordaten automatisch nutzen, sowohl für die Qualitätssicherung als auch die Anlageninstandhaltung und -optimierung.
Über den intelligenten Adapter für den digitalen Zwilling lassen sich ohne zusätzliche Hardware Prozesssensordaten automatisch nutzen, sowohl für die Qualitätssicherung als auch die Anlageninstandhaltung und -optimierung.Bild: ArtiMinds Robotics GmbH

Mit der LAR kann man also bereits in der Entwicklung den digitalen Zwilling erstellen. Er gibt dann detaillierte Einblicke in den robotergestützten Produktionsprozess. Basierend auf der Programming Suite werden Live-Sensordaten von Roboter, Kraftsensor, Bildverarbeitungssystem und Endeffektor (sprich dem letzten Element der kinematischen Kette, also z.B. dem Greifer oder Schweißkopf) von der Robotersteuerung übertragen. Die Sensordaten werden automatisch zerlegt, den einzelnen Bausteinen zugewiesen und dauerhaft in einer lokalen Datenbank beim Anwender gespeichert.

Zum Erstellen des intelligenten Adapters für den digitalen Zwilling navigiert der Roboter-Programmierer, basierend auf den einzelnen Funktionsbausteinen, durch die verschiedenen Sensordaten des Roboterprogramms. Schmidt-Rohr erläutert: „Jeder Baustein dient ja der Bewältigung bestimmter Aufgaben. Unser LAR-Tool macht nun abhängig von den einzelnen Bausteinen automatisch Vorschläge für geeignete Analyse- und Überwachungsoptionen. Auch hier wählt der Anwender dann aus vordefinierten ‚Tiles‘, das heißt aus Analysemethoden, oder ‚Rules‘, den Überwachungsmethoden, die für die jeweiligen Sensordaten interessant sein könnten, aus. Dieses Vorgehen reduziert die Einrichtungszeit. Zudem können auch Anwender ohne tiefgehende Expertenkenntnisse komplexe Prozesse verstehen.“

Zur Visualisierung der Prozessdaten lassen sich Dashboards einrichten. Diese können Informationen aus verschiedenen Prozessen bündeln oder aber sehr detaillierte Analysen für spezielle Teilprozesse anzeigen. Noch einmal Schmidt-Rohr: „Was in den Dashboards angezeigt wird, lässt sich sehr flexibel konfigurieren. So kann jeder Anwender die Lösung wählen, die zu seinen Anforderungen am besten passt. Die Visualisierung von Prozessen ist in 2D- oder 3D-Darstellung möglich. Auch dafür haben wir eine große Auswahl an Standard-Kacheln.“ Zur Analyse von Kraftverläufen entlang eines Roboterpfades beispielsweise empfiehlt sich die Darstellung in 3D-Diagrammen, während für die Auswertung von Prozesstoleranzen 2D-Diagramme besser geeignet sind. Die Spannweite der darstellbaren Informationen wird im Endeffekt nur von der Fantasie des Anwenders begrenzt; sie reicht beispielsweise von Erfolgsraten pro Baustein bis hin zu Kraft-Weg-Diagrammen verschiedener Montageschritte.

Dashboards für die übersichtliche Darstellung relevanter Daten lassen sich einfach erstellen und flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen.
Dashboards für die übersichtliche Darstellung relevanter Daten lassen sich einfach erstellen und flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen.Bild: ArtiMinds Robotics GmbH

Qualitätssteigerung und Prozessoptimierung

Von einem intelligenten digitalen Zwilling, der sich einfach einrichten lässt, profitieren Anwender auf vielfältige Weise. In Bezug auf Qualität werden in der automatisierten Produktion zwei Themen immer wichtiger: die digital unterstütze Anlagenwartung und die digital verwaltete Produktqualität. Beide sind bei genauer Betrachtung eng miteinander verknüpft. Der intelligente Adapter für den digitalen Zwilling kann bei beidem helfen. Ohne zusätzliche Hardware sammelt er inline automatisch anfallende Sensordaten des Prozesses und wertet diese aus. So dokumentiert er detailliert das Prozessverhalten für jeden Tag und speichert die Historie des digitalen Zwillings ab.

Man erhält also Einblicke in den Produktionsprozess, die zuvor nicht so einfach möglich waren. Anlagenbetreiber müssen sich nicht länger auf das Bauchgefühl oder das gute Ohr des langjährig erfahrenen Anlagenbetreuers verlassen, sondern haben klare Daten und Fakten, die den Zustand der Anlage und die Qualität der hergestellten Produkte widerspiegeln. Die detaillierte Dokumentation des gesamten Prozessverhaltens für jeden Takt ist ein sehr hilfreiches Tool für die Prozessoptimierung und Qualitätssteigerung. Gerade bei sporadisch auftretenden Fehlern ist rückblickend oft schwer nachvollziehbar, was die Ursache dafür ist. Werden Prozessdaten aufgezeichnet, ausgewertet und konsequent abgelegt, lassen sich auch im Nachhinein noch Ursachenforschung betreiben und Fehler beheben.

Der Einsatz von digitalen Zwillingen bringt viele Vorteile.
Der Einsatz von digitalen Zwillingen bringt viele Vorteile.Bild: ArtiMinds Robotics GmbH

Neben den historischen Daten zeigt der digitale Zwilling aber auch das aktuelle Prozessverhalten auf und hilft dabei, Anomalien in Echtzeit aufzuspüren. Gepaart mit cleveren Berechnungen kann automatisch ermittelt werden, welche Prozessanpassungen notwendig sind, um eine Anlagenstörung oder Produktqualitätsverletzungen zu verhindern.

Das Start-Endpunkt-Analyse-Tile z.B. berechnet automatisch Vorschläge, wie das Roboterprogramm geändert werden kann, um auftretende Toleranzen in einem bestimmten Teilprozess auszugleichen. So wird es dem Anlagenbetreiber möglich, im laufenden Prozess schnell und zielgerichtet zu reagieren. Zudem lassen sich Vorhersagen treffen in Bezug auf Anlagenstörungen einerseits und Produktqualitätsverletzungen andererseits. Dazu überwacht das Epsilon-Tile, bei welchem Teilprozess die Sensordaten einen unerwarteten Verlauf nehmen.

Schmidt-Rohr resümiert: „Diese Tiles sind nur zwei Beispiele für Analyse- und Überwachungsmethoden, die wir Anwendern standardmäßig zur Verfügung stellen. Mit diesen Methoden können sie mit sehr wenig Aufwand einen digitalen Zwilling erstellen, der ihnen hilft, über die gesamte Lebensphase einer Anlage ihre Leistung und die Produktqualität zu überwachen und gezielt weiter zu verbessern.“

www.artiminds.com

ArtiMinds Robotics GmbH
https://www.artiminds.com

Das könnte Sie auch Interessieren

Bild: PSI Logistics GmbH
Bild: PSI Logistics GmbH
KI für den vernetzten Mehrwert

KI für den vernetzten Mehrwert

Unter dem Aspekt Industrieller Intelligenz erschließen moderne Softwaresysteme vielfältige Optionen für vorausschauende Analysen, belastbare Handlungsempfehlungen, optimierte Lagerhaltung und Reaktionsfähigkeit in Echtzeit. Der besondere Mehrwert wird dabei durch maximale Flexibilität bei der Einbindung modernster Technologien in eine vernetzte, vollumfängliche IT-Infrastruktur erzielt.

Bild: igus GmbH
Bild: igus GmbH
Kontaktlose Überwachung verhindert teure Anlagenstillstände

Kontaktlose Überwachung verhindert teure Anlagenstillstände

Die smarte Überwachung von Bus- und Datenleitungen von igus geht in die nächste Runde: In der aktuellen Generation prüfen i.Sense CF.D Überwachungssensoren den elektrischen Zustand von chainflex Leitungen in e-kettensystemen – kontaktlos und ohne Eingriff in die bestehende Konfektionierung. Dadurch kommt das Echtzeit-Monitoring ohne Opferadern aus und gestattet in Kombination mit dem neuen Auswertmodul i.Cee:plus II eine noch effizientere vorausschauende Wartung zum Schutz vor kostenintensiven Anlagenausfällen.

Bild: Siemens AG
Bild: Siemens AG
Anlagenverfügbarkeit ist planbar

Anlagenverfügbarkeit ist planbar

Mit bewährten Methoden wie Redundanz, Selektivität und präventiver Wartung lässt sich in der elektrischen Energieverteilung ein hoher Grad an Anlagenverfügbarkeit gewährleisten. Kosten und Aufwand sind dabei allerdings hoch. Die Digitalisierung eröffnet effiziente Alternativen, um Stillstände und dadurch bedingte Ausfallkosten zu vermeiden: Ein systematisches Condition Monitoring schafft die Voraussetzung – und sollte deshalb bereits Teil der Planung sein.

Bild: ABB Motion Deutschland
Bild: ABB Motion Deutschland
Vorzeigeprojekt für Energieeffizienz

Vorzeigeprojekt für Energieeffizienz

Die Model-Gruppe, ein Verpackungshersteller mit Hauptsitz in der Schweiz, hat bei der Modernisierung einer zentralen Papiermaschine energieeffiziente Motoren und moderne Frequenzumrichter eingesetzt. Im Ergebnis sind nicht nur Produktivität und Zuverlässigkeit gestiegen. Auch der jährliche Energieverbrauch konnte um eine Größenordnung reduziert werden, die dem Verbrauch von 200 Schweizer Vierpersonen-Haushalten entspricht. Die erwartete Amortisationszeit liegt bei weniger als fünf Jahren.

Bild: ©kinwun/stock.adobe.com
Bild: ©kinwun/stock.adobe.com
Wie eine Field-Service-Management-Lösung die Kennzahlen im technischen Service verbessert

Wie eine Field-Service-Management-Lösung die Kennzahlen im technischen Service verbessert

Durch die Digitalisierung der Einsatzplanung von Servicetechnikern und der Auftragsabwicklung steht Serviceunternehmen heute eine große Menge an Daten zur Verfügung, die sie zur Auswertung und Verbesserung ihrer Servicequalität nutzen können. Über Dashboards lassen sich verschiedene Kennzahlen oder Key Performance Indicators (KPIs) übersichtlich darstellen. Welche und wie viele Kennzahlen ein Unternehmen zur Bewertung seiner Servicequalität heranziehen sollte, hängt von der Branche sowie von den angebotenen Produkten und Services ab. Folgende KPIs haben sich im Bereich des technischen Service bewährt und lassen sich über eine Field-Service-Management-Lösung einfach auswerten und verbessern. 

Bedrohungen gegen industrielle Kontrollsysteme

Die Cybersecurity-Spezialisten von Kaspersky haben im ersten Halbjahr 2021 einen Anstieg der Angriffe auf industrielle Kontrollsysteme beobachtet. Weltweit war etwa jeder dritte Industrie-Computer betroffen. In Deutschland sank die Zahl solcher Angriffe hingegen leicht.

Robuste Zustandssensoren

Die Erfassung von Maschinenbetriebszuständen, wie Schwingungen und Drücke, sowie die Auswertung dieser Messdaten, ermöglichen die Erkennung von Unregelmäßigkeiten und entstehenden Schäden.

MainDays in Berlin

Zur 22. MainDays-Jahrestagung treffen sich am 23. und 24. November Verantwortliche aus Instandhaltung und technischem Service in Berlin.

BGHM verleiht Gütesiegel ‚Sicher mit System‘ an Cleantaxx

Eine hohe Wertstellung des Arbeitsschutzes, eine ganzheitliche systematische Betrachtungsweise sowie ein auf konsequente Umsetzung ausgerichteter Führungsstil: Das Langenhagener Unternehmen Cleantaxx erhält für sein Arbeitsschutzmanagementsystem das Gütesiegel ‚Sicher mit System‘ der Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM).

Wenn die Maschinen stillstehen

Eine Senseye-Umfrage unter großen Industrieunternehmen hat ergeben, dass große Werke 27 Stunden pro Monat aufgrund von Machinenausfällen verlieren und jede Stunde ungeplanten Stillstandes rund 532.000US$ (ca. 450.000€) kostet. Der Verlust wird auf 3,3 Millionen Produktionsstunden geschätzt. Das entspricht 864Mrd.US$ (ca. 730Mrd.€) pro Jahr bei den Fortune Global 500 Industrieunternehmen.