Digitale Zwillinge gelten als Schlüsseltechnologie der Digitalen Transformation (DX). Sie ermöglichen die präzise virtuelle Abbildung und Simulation von Maschinen, Werkzeugen und Fertigungsprozessen. Damit werden sich komplexe Zerspanungsaufgaben vorab optimieren und ganze Fertigungslösungen effizient planen lassen. Um ihre Aufgaben zuverlässig erfüllen zu können, benötigen digitale Zwillinge allerdings je nach Aufgabenstellung verschiedene Daten wie:
- Werkstückrelevante Parameter
- Sensormessungen
- Wartungsdaten
- Produktionsdaten
Die Herausforderung besteht nun darin, diese heterogenen Daten in einer offenen, interoperablen und vernetzten Weise zu erfassen, zu verwalten und den digitalen Zwillingen zur Verfügung zu stellen.
Interoperable Standards für verknüpfte Datenarchitekturen
Eine wichtige Grundlage für die erforderlichen Datenarchitekturen sind offene Standards und Schnittstellen. Sie ermöglichen es, Daten ohne proprietäre Abhängigkeiten verschiedenen Systemen und Anwendungen zugänglich zu machen. Dies erleichtert die Integration und Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Akteuren erheblich. Zentrale Elemente einer offenen Datenarchitektur sind:
- Offene Protokolle wie OPC UA
- Standardisierte Dateiformate (JSON, XML, RDF)
- IoT-Plattformen und Cloud-Technologien zur Datensammlung und -verarbeitung
Asset Administration Shell als Schlüsseltechnologie
Eine entscheidende Rolle in der Verknüpfung offener Datenarchitekturen spielt die sogenannte Asset Administration Shell (AAS). Diese „Verwaltungsschale“ stellt eine digitale Repräsentation aller beteiligten Assets dar - seien es Maschinen, Komponenten, Produkte oder auch Services. Konkret beschreibt die AAS alle relevanten Informationen und Funktionen eines „Assets“ und bildet so die Basis für die Implementierung digitaler Zwillinge.
Während der digitale Zwilling eine dynamische, ständig aktualisierte Repräsentation eines Assets darstellt, liefert die AAS die strukturelle und funktionale Basis dafür. Sie umfasst sowohl statische Informationen wie technische Spezifikationen als auch dynamische Daten wie aktuelle Sensormesswerte. In der CNC-Fertigung könnte eine AAS beispielsweise eine komplette Werkzeugmaschine repräsentieren. Sie würde dann folgende Elemente enthalten:
- Stammdaten der Maschine
- Aktuelle Betriebsparameter
- Simulationsdaten zur Verschleißvorhersage
- Standardisierte Schnittstellen (z.B. OPC UA, REST API)
Die AAS ermöglicht es daraufhin, die Werkzeugmaschine nahtlos mit anderen Systemen zu verknüpfen – etwa mit dem ERP-System zur Produktionsplanung oder einer Cloud-Plattform für KI-gestützte Analysen.
Factory-X: Eine Plattform für vernetzte Fertigung
Ein aktuelles Beispiel für die Umsetzung verknüpfter offener Datenarchitekturen ist das Factory-X Projekt. Als größtes gefördertes Vorhaben im Rahmen der deutschen (und sich dynamisch internationalisierenden) Manufacturing-X-Initiative bringt es führende Akteure aus dem Maschinen- und Anlagenbau sowie der IT-Industrie zusammen, darunter auch DMG MORI.
Zentrales Element von Factory-X ist die Entwicklung einer standardisierten Software-Architektur für die Fertigungsindustrie. Der „Factory-X Kernel“ soll die Integration von IT- und OT-Systemen (Operational Technology) vereinfachen und so die Grundlage für eine durchgängig vernetzte Produktion schaffen.
Die Zukunft vernetzter CNC-Fertigung
Die Entwicklung verknüpfter offener Datenarchitekturen wird die CNC-Fertigung nachhaltig verändern. Einige vielversprechende Zukunftsperspektiven sind:
- Selbstoptimierende Produktionssysteme: KI-Algorithmen werden zunehmend in der Lage sein, aus den gesammelten Daten zu lernen und Fertigungsprozesse autonom zu optimieren.
- Cloud-basierte Technologiedatenbanken: Zentrale Plattformen könnten bewährte Bearbeitungsstrategien und optimale Parameter für verschiedenste Zerspanungsaufgaben bereitstellen.
- Augmented Reality in der Fertigung: AR-Technologien, die auf vernetzte Daten zugreifen, könnten Bediener bei der Maschineneinrichtung und Qualitätskontrolle unterstützen.
- Kollaborative Produktionsnetzwerke: Durch den standardisierten Datenaustausch wird es einfacher, Fertigungskapazitäten flexibel zwischen Partnern zu teilen und so Auslastungsschwankungen auszugleichen.
Fazit
Die Verknüpfung digitaler Zwillinge durch offene Datenarchitekturen birgt enormes Potenzial für die CNC-Fertigung. Sie ermöglicht eine nie dagewesene Transparenz, Flexibilität und Effizienz in der Produktion. Gleichzeitig stellt sie Unternehmen vor die Herausforderung, bestehende Systeme und Prozesse weiterzuentwickeln. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der konsequenten Nutzung offener Standards und der engen Zusammenarbeit aller Beteiligten.