Motivation
Die durchgängige digitale Planung, Auslegung und virtuelle Inbetriebnahme von Automatisierungslösungen mittels digitaler Zwillinge werden für die Wettbewerbsfähigkeit der kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) in Deutschland immer wichtiger. Bisher scheitert die virtuelle Inbetriebnahme unter anderem an der Simulation von nachgiebigen Objekten (beispielsweise von Milchpackungen in der Lebensmittelindustrie), besonders in Kombination mit der hohen Variabilität (Anzahl, Form, Füllmenge etc.). Bisher ist es nicht möglich, die labilen und sogenannten biegeschlaffen Objekte und die damit verbundenen Reibprozesse und Kontaktsituationen im Rahmen einer Echtzeitsimulation zu simulieren. Dies führt dazu, dass die Inbetriebnahme von Automatisierungslösungen vor Ort mit umfangreichen Feldversuchen, teilweise mehrere hundert Mal, stattfindet.
Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung neuartiger Simulationsmethoden und -modelle, welche die wesentlichen statischen und dynamischen Phänomene einer Handhabung von nachgiebigen Objekten abbilden. Als Ergebnis des Projekts sollen neuartige Simulationsmethoden zur Verfügung stehen, mit denen sich nachgiebige Objekte im Rahmen eines digitalen Zwillings einfach modellieren lassen. Der Neuheitsgrad des Projekts besteht darin, dass erstmals Echtzeit-Prozessmodelle genutzt werden, um statische und dynamische Phänomene für eine Handhabung von nachgiebigen Objekten im Rahmen eines digitalen Zwillings abzubilden. Die notwendigen Modellparameter werden dabei durch eine automatische Modellidentifikation bestimmt. Das gesamte System wird abgebildet, indem mehrere integrierte Prozessmodelle und mehrere virtuelle Steuerungssysteme taktsynchron simuliert werden. Kombiniert mit einer geeigneten Zielfunktion können die Modelle schrittweise angepasst und virtuell in Betrieb genommen werden.
Innovationen und Perspektiven
Das Projekt wird als Verbundprojekt mit zwei KMU (ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH und robomotion GmbH) sowie einem universitären Partner, dem Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart, durchgeführt. Die wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse erfolgt durch die KMU-Partner ISG und robomotion am Standort Deutschland. Die robotergestützte Handhabung von nachgiebigen und verformbaren Objekten ist derzeit in der Raumfahrt-, Agrar-, Medizin- und Lebensmittelindustrie sehr gefragt. Roboterautomatisierungslösungen einzuführen, scheitert jedoch bisher an den hohen Umstellungskosten sowie der notwendigen Überdimensionierung von Sicherheitspuffern, Vakuumleistung etc. Durch das geplante ViPro-System können dieser Aufwand und somit die Kosten voraussichtlich um bis zu 50 % reduziert werden.