CenterLine steigert Fertigungseffizienz mit Virtual Twin Technologie

In der Militärwissenschaft ist ein „Force Multiplier“ ein operatives System, das Strategie nutzt, um die Effektivität bestehender Waffensysteme zu erhöhen. Wir können die Idee als Metapher nutzen, um die Effizienz von Engineering- und Fertigungsinformationssystemen zu verbessern – vom initialen Konzept bis zum laufenden Kundenservice.

Die „Waffensysteme“ der industriellen Automatisierung werden durch eine Vielzahl von Akronymen repräsentiert: CAD, CAE, PDM, PLM, SCM, MES, CMS und mehr. Fast jedes Fertigungsunternehmen hat ein gewisses Maß an Prozessautomatisierung, doch viele Gespräche über Fertigungsprozesse enden mit dem Satz: „Dann kopieren wir die Daten aus der Stückliste.“ Hier hören Effizienzverbesserungen auf. In unserer Metapher: Fertigungsunternehmen besitzen die Waffensysteme, aber es gibt keine übergreifende Strategie, um sie zu einem industriellen Force Multiplier zu machen.

Wir haben Zugriff auf viele Daten-Erstellungs-, Sammel- und Managementlösungen im Fertigungsraum, die diverse Aspekte dessen informieren, was ein Produkt werden sollte und wie ein Fertigungsprozess funktionieren sollte, System für System. Der nächste Schritt ist, vom „sollte“ zum „tut“ zu gelangen. Information in Echtzeit-Intelligenz zu transformieren, ist der Force Multiplier – die geplanten Leistungsdaten, die diese Lösungen liefern, können zu Informationen über reale Echtzeit-Leistung werden.

Strategische Informations-Frameworks

Virtual Thread und Virtual Twin (aka Digital Twin/Thread) sind zwei verwandte Konzepte an der Spitze dieses Strebens nach Echtzeit-Intelligenz. Zur Erinnerung: Ein Virtual Thread ist die Fähigkeit für Nutzer, spezifische Leistungen zu verbessern, indem die richtigen Informationen zur richtigen Zeit den richtigen Leuten geliefert werden. Ein Virtual Twin hingegen ist eine ständig aktualisierte visuelle Repräsentation eines Produkts, Systems oder Prozesses basierend auf Realwelt-Daten.

Diese neuen Informations-Frameworks treiben ein neues Prozessmodell, in dem Daten als Teil sowohl eines Virtual Thread als auch eines Virtual Twin gesehen werden. Im modellbasierten Engineering repräsentieren Thread und Twin beispielsweise einen strategischen Rahmen für maximalen Wert im Unternehmen. Beide beinhalten As-Designed-Anforderungen; Validierungs- und Kalibrierungsdaten; As-Built, As-Operated und As-Maintained Daten.

Virtual Thread und Virtual Twin sind Konzepte, keine spezifischen Produkte oder Services: Man kann nicht zum lokalen Integrator laufen und einen Virtual Thread bestellen. Stattdessen bieten sie Lösungen, die Nutzern helfen, voll digitale Systeme zu schaffen, in denen jeder im Unternehmen alle benötigten Informationen in einem leicht zugänglichen, leicht teilbaren System hat.

Konnektivität ist das übergeordnete Ziel. Viele datenbezogene Probleme laufen auf Verbindungen und Zugriff hinaus – Unternehmen müssen die Ineffizienzen beseitigen, die Fertigungsoperationen plagen.

Wie viele dieser Herausforderungen gibt es in Ihrer Organisation?

• Engineering-Änderungen erreichen den Shopfloor nicht zeitnah
• Mangelnde Lieferantentransparenz
• Kein Standard oder Kontrolle bei Arbeitsanweisungserstellung
• Out-of-sync Content Management und Kontrolle
• Marketing erstellt Content mit veralteten Designinformationen
• Produktivitätsverlust durch ungenaue, unklare Informationen
• Fehlender Datenzugriff für die richtigen Personen.

Während viele dieser Issues wie Technologie- oder Methodikprobleme klingen, wirken sie sich immer auf die Individuen im Betrieb nachgelagert aus, indem sie deren Fähigkeit behindern, Workflows zu optimieren. Um Operationen effizienter zu machen, müssen Sie die Systeme verbessern, nicht versuchen, die sie nutzenden Menschen zu „reparieren“. Voll digitale Systeme dienen den Bedürfnissen der Teammitglieder, indem sie Konnektivitäts- und Datenzugriffsprobleme eliminieren.

Der Virtual Thread

Der Virtual Thread – die Kommunikationsseite des neuen industriellen Frameworks – ermöglicht vernetzten Datenfluss für alle Asset-Informationen und zugehörige Metadaten. Die Idee des Virtual Thread entstand in der Luftfahrtforschung vor über 10 Jahren, als Forscher am U.S. Air Force Research Laboratory auf der Wright-Patterson Air Force Base ihn nutzten, um modellgetriebene Montage auf dem Shopfloor zu beschreiben. Mehrere Threads erstrecken sich vom Modell (der gemeinsamen Datenquelle) zu Design, Beschaffung, Test, Produktion, Feldeinsatz und Sustainability-Teams – was bedeutet, dass kein Individuum im Thread Daten anfordern oder auf Datenanfragen mit Copy/Paste-E-Mail antworten muss. Die Information ist immer „an“ und immer zugänglich, was eine echte singuläre Ressource und Kommunikationsweg für alle Parteien unabhängig von Silo oder Workstream etabliert.

Der Virtual Twin bei CenterLine

Immer-aktiv, Echtzeit-Zugriff auf Daten aus Virtual Threads macht einen Virtual Twin möglich. Die Threads übertragen einen umfassenden Blick auf das Produkt, indem sie Stücklisten-Details mit CAD/CAE-Daten für eine visuelle, virtuelle Echtzeit-Repräsentation kombinieren. Es braucht einen Zwei-Wege-Fluss in Virtual Threads, um einen echten Virtual Twin zu ermöglichen, der einen Feedback-Loop erfordert, wo Kalibrierung, Validierung, As-Built und As-Used-Daten den Twin aktualisieren. Zusammen sind Virtual Thread und Virtual Twin die Vereinigung von Design und Daten.

Beispielsweise stand das kanadische Industrieautomatisierungs-Prozess- und Technologieunternehmen CenterLine Limited (Windsor, Ontario), ein Hersteller kundenspezifischer automatisierter Schweiß- und Montagelinien, vor Herausforderungen bei teuren Fabrik-Setups, besonders wenn Designfehler behoben oder Betriebsunfälle zwischen Maschinen und menschlichen Arbeitern in bereits installierten physischen Systemen adressiert werden mussten.

CenterLine suchte, ihre Roboter-Arbeitszellen-Designs zu optimieren und diese Herausforderungen durch digitale Simulation vor Deployment physischer Ausrüstung auf Fabrikböden zu überwinden. Um dieses Ziel zu erreichen, implementierten sie die DELMIA-Lösung auf Dassault Systèmes' 3DEXPERIENCE-Plattform, um Produkte, Prozesse und Fabrikoperationen virtuell zu simulieren für optimierte Roboterbewegungen, Werkslayout, Materialfluss und Ergonomie.

Seit Implementierung von DELMIA für jede Roboter-Arbeitszelle hat CenterLine werkzeugbezogene Issues und Nacharbeit um bis zu 90 % reduziert und Programmierzeit auf dem Shopfloor um bis zu 75 %. Zeitersparnis durch Simulation von Roboter-Lichtbogenschweiß-Werkzeugpfaden steigerte Produktivität um 15 % und verkürzte Time-to-Market für Simulation und Design um 15–20 %. Als Single Source of Truth für verschiedene CAD-Daten ermöglicht die vereinheitlichte Plattform CenterLine-Führungskräften, sich auf Tagesgeschäft zu fokussieren statt Daten und Produkte zu managen.

Wenn alle Datenkanäle in einem Virtual Thread/Virtual Twin Framework vernetzt sind, sind Teammitglieder in einer Strategie vereint, die bessere Nutzung bestehender Daten befähigt. Effektiv gewinnen Hersteller letztlich einen neuen Force Multiplier für Fertigungswert.