In dem Projekt DigiQBay sollen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in den produzierenden bayerischen mittelständischen Unternehmen in den vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten des digitalen Zwillings (DZ) und der virtuellen Inbetriebnahme (VIBN), im Kontext der gegenwärtigen Notwendigkeit zur Digitalisierung, weitergebildet und qualifiziert werden. Die Vorteile der virtuellen Inbetriebnahme zeichnen sich u. a. nach Verband der deutschen Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) aus durch:

  • Reduzierte Engineering-Zeiten und früheren Markteintritt
  • Zeitige Fehlererkennung und -behebung in frühen Projektphasen noch vor Inbetriebnahme vor Ort
  • Erhöhter Reifegrad der Anlage bei der Inbetriebnahme (IBN)
  • Ausschluss von Kollisionen und damit verbundenen Reparaturkosten
  • Steigerung der Anlagentransparenz durch Visualisierungen und gesteigertes Systemverständnis
  • Erweiterte Absicherung von Optimierungs- und Modifikationsmöglichkeiten

Motivation

Aufgrund der epidemischen Notlage in Deutschland sieht sich der Maschinen- und Anlagenbau mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert. Dabei muss ein Umdenken in den Bereichen Kommunikation, Kollaboration, Präsentation und Qualifikation erfolgen. Die Möglichkeit, Kunden an den eigenen Standort einzuladen und die Produkte und Kompetenzen angemessen zu präsentieren ist durch Reiseeinschränkungen nur bedingt möglich. Insbesondere der Export von Maschinen an ferne Einsatzstandorte ist, aufgrund von fehlendem Fachpersonal für die Inbetriebnahme vor Ort, durch die Situation bedroht.

Um auch weiterhin im Hochlohnland Deutschland wettbewerbsfähig zu bleiben haben insbesondere kleine mittelständische Unternehmen (KMU) ein großes Interesse daran diese Herausforderungen zu meistern. Mit über 6.600 Unternehmen erzielte der deutsche Maschinen- und Anlagenbau mit über einer Millionen Beschäftigten im Jahr 2019 einen Gesamtumsatz von 229 Mrd. Euro. Davon fließen ca. 5,8% in die Forschung und Entwicklung. Ebendieser Maschinenbau soll durch Innovationen und Hightech-orientierte Technologieentwicklungen gestärkt werden.

Bei konventionellen Methoden der IBN wird nach der Montage am Einsatzort zum ersten Mal das komplette Produktionssystem (bsp. Automobilwerke, Werkzeugmaschinen, Anlagen für die Mikroelektronikherstellung) in vollem Umfang beim Kunden getestet. Dieser Meilenstein ist hochkritisch, da sämtliche Fehler aus frühen Entwicklungsphasen in Gegenwart des Kunden sichtbar werden. Es wird spezialisiertes Personal benötigt, welches für Montage und Inbetriebnahme an den Einsatzort reisen muss. Aufgrund der epidemischen Notlage, den einhergehenden Reisebeschränkungen sowie dem langfristigen Ziel wettbewerbsfähig zu bleiben, gilt es die Risiken der Inbetriebnahme zu reduzieren.

 

Eine Möglichkeit diese Risiken und Probleme abzuschwächen ist die Durchführung von VIBN und der Einsatz von digitalen Zwillingen. In KMU werden diese Methoden noch nicht flächendeckend eingesetzt. Gründe dafür sind geringe Mitarbeiterexpertise und fehlende Ressourcen, sich das benötigte Wissen anzueignen. 

Konzept digitaler Zwilling (Nach: Schele & Kühn: Vorsprung durch digitale Zwillinge, Smart engineering 5/17)

Ziele

Das Hauptziel des Projektes DigiQBay ist der Wissenstransfer in kleine und mittelgroße bayrische Unternehmen. Die teilnehmenden Personen werden auf den vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten des digitalen Zwillings und der VIBN fortgebildet. Diese Qualifizierung befähigt, selbstständig VIBN-Pilotprojekte aufzubauen, durchzuführen und die resultierenden Erkenntnisse in die betriebsspezifische Wertschöpfung zu überführen. Dafür werden Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Grundlagen des Aufbaus des digitalen Zwillings und des digitalen Fabrikbetriebs geschult. Weiterhin werden die betriebswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse der VIBN und Basiswissen für Simulationen von Maschinen und Anlagen vermittelt. Zudem werden Komponentenbibliotheken vorgestellt, Prozessabläufe für erfolgreiches Durchführen von VIBN-Projekten aufgezeigt und Vorschläge für Nutzungsszenarien des digitalen Zwillings sowie konkrete Projekte empfohlen.

 

Die Zielgruppe für den Wissenstransfer umfasst Unternehmen, die als Komponentenhersteller, Systemintegratoren, Maschinen- oder Anlagenbauer Maschinen und Anlagen vertreiben und in Betrieb nehmen. Auch das produzierende Gewerbe und Anlagenbetreiber können durch die Weiterbildung mit VIBN profitieren. Für die Schulung kommen Personengruppen entlang der gesamten Wertschöpfungskette in Frage. Darunter zählen Ingenieure aus den Bereichen Mechanik, Elektrotechnik und Softwareentwicklung, Techniker, Inbetriebnehmer, kaufmännische Mitarbeiter und Abteilungsleiter. 

Projektkonsortium

Das Projektkonsortium besteht aus den wissenschaftlichen Einrichtungen des Nuremberg Campus of Technology der TH Nürnberg. Für bayrische Unternehmen soll ein zielgruppenorientiertes Schulungs- und Qualifizierungsprogramm zum Thema digitaler Zwilling und virtuelle Inbetriebnahme entwickelt werden. 

Schulungskonzept

Die zentrale Innovation innerhalb des Projektes DigiQBay umfasst die Entwicklung eines zielgruppenorientierten Schulungs- und Qualifizierungsprogramms für bayrische Unternehmen. Durch die unterschiedlichen Teilnehmer ergeben sich auch verschiedene Anforderungen, die an die Schulung gestellt wird. Um individuelle Schulungen zu ermöglichen, besteht diese aus mehreren gemeinsamen und zielgruppenorientierten Modulen. Des Weiteren werden die Schulungen in unterschiedlichen Varianten angeboten. Es ist möglich die Veranstaltungen in Präsenz, rein online und hybrid wahrzunehmen. Die Module werden durch Begleitmaterial, Lehrfilme, digitale Modelle und Codebeispiele veranschaulicht. 

Weiterbildungsprogramm: Virtuelle Inbetriebnahme mit dem digitalen Zwilling

Zur Vermittlung der Kenntnisse wird das Konzept des problemorientierten Lernens angewendet. Dabei werden dedizierte Softwareumgebungen verwendet, mit denen Projekte praxisnah und selbstständig bearbeitet werden können. Die gestellten Aufgaben entwickeln sich dabei am Anfang von Standardproblemen hin zu komplexeren Aufgabenstellungen. Der Dozent unterstützt dabei die Teilnehmenden und aus einem Monolog wird somit ein Dialog. Die Schulung beginnt mit einem organisatorischen Teil und geht über in einen theoretischen und praktischen Teil. Die Teilnehmer werden zu Beginn in die Struktur der Schulung eingeführt. Mithilfe eines Baukastenprinzips können so für die Jeweiligen Zielgruppen der richtige Kurs aus den Modulen erstellt werden.

In der Schulung werden Praxis und Theorie zu gleichen Teilen vermittelt. Alle Teilnehmer starten mit einem Grundlagenmodul und können sich in zwei Themengebiete vertiefen. Im Schwerpunkt „Engineering“ werden Methoden zur VIBN mit dem digitalen Zwilling aus den Bereichen Prozess- und Fertigungstechnik praktisch und theoretisch vertieft. Der Schwerpunkt „Management“ behandelt betriebswissenschaftliche Fragestellungen zur Gestaltung von Prozessen und strategische Ausrichtungen mit dem digitalen Zwilling. Veranschaulicht werden die Inhalte an mehreren Modellbeispielen. 

Moduldetails

Wir bieten für Sie und Ihre Mitarbeiter kostenlose Schulungsmodule zu aktuellen Themen an. Wenn Sie sich für eines oder mehrere dieser Module interessieren, würden wir uns über eine Kontaktaufnahme freuen:

G1: Technische Grundlagen VIBN und DZ

Inhalte
  • Einführung in Methoden, VIBN, DZ, Modellbildung und digitale Simulation
  • Modellarten für VIBN
  • Kopplung von virtuellen bzw. realen Steuerungen mit den Simulationswerkzeugen (SIL-/HIL)
Lernziele & Kompetenzen
  • Kenntnisse der Grundbegriffe
  • Kenntnisse über das Konzept der VIBN mit DZ
  • Beurteilen verschiedener Softwarekonzepte und besondere Anforderungen an die Modellierungssoftware

E1: Modellbildung und Modellierungsmethoden

Inhalte
  • Einführung in die gängigen Simulationswerkzeuge
  • Vertiefung in die Nutzung von Bibliothekselementen
  • Einführung in die Erstellung von Bibliothekselementen
  • Modellbildung komplexer Maschinen und Prozesse

 

 

 

Lernziele & Kompetenzen
  • Fertigkeit zur Anwendung von gängigen Simulationstools zur Anfertigung von DZ
  • Vertiefte Kenntnisse in der Modellbildung zur Erstellung eines ausführbaren digitalen Zwillings (im Sondermaschinen- und Anlagenbau)
  • Fähigkeit, Verhaltensmodelle aus Bibliotheksobjekten für mechanische, thermische und strömungsmechanische Prozesse zu erstellen
  • Kenntnisse in der Erstellung und Verwaltung von Bibliotheksobjekten

E2: Durchführung der VIBN

Inhalt
  • Abläufe und Arbeitsschritte mit VIBN
  • Erstellen von Checklisten und Dokumentation der VIBN
  • Produktabnahme mit VIBN
  • VIBN aus Sicht der Prozess- und Fertigungstechnik
Lernziele & Kompetenzen
  • Kenntnisse über die Durchführung einer VIBN

E3: Praktische Anwendung von VIBN und DZ

Inhalte
  • Praktische Anwendung von Modellierungsmethoden
  • Arbeit mit gängigen Softwareanwendungen
  • Erstellung von DZ an mehreren Modellen
  • Praktische Dokumentation einer VIBN
  • VIBN aus Sicht der Prozess- und Fertigungstechnik
Lernziele & Kompetenzen
  • Fähigkeit eigenständig DZ zu erstellen und VIBN durchzuführen

M1: Einführung der VIBN in das Unternehmen

Inhalt
  • Handlungsempfehlungen zum wirtschaftlichen Einstieg
  • Chancen durch den Einsatz von VIBN
  • Herausforderungen beim Einsatz von VIBN
  • Grenzen der VIBN
  • Pilotphase: kurzfristige Planung und Einführung
Lernziele & Kompetenzen
  • Kenntnisse über Chancen und Risiken der VIBN
  • Fähigkeit VIBN-Pilotprojekte durchzuführen

M2: Der DZ im Projektmanagement

Inhalte
  • Vorgehensmodelle in Produkt- und Softwareentwicklung
  • Geschäftsmodelle durch den Einsatz von VIBN mit DZ
  • Workflow und Prozessgestaltung

 

Lernziele & Kompetenzen
  • Qualifizierung Geschäftsprozesse nach der VIBN auszulegen

M3: Demonstration von Praxisbeispielen der VIBN

Inhalte
  • Visualisierung von DZ an ausgewählten Beispielen
Lernziele & Kompetenzen
  • Kenntnisse über Vorgehen und Abläufe der VIBN

G2: Anwendungsszenarien des DZ im Produktlebenszyklus

Inhalte
  • Grundlagen der verschiedenen Lebensphasen eines Produktes
  • Vertiefung in die Nutzungsszenarien von Simulation und DZ im Lebenszyklus einer Anlage bzw. Maschine
  • Anwendungsfälle in Produktion- und Logistik
  • Zukunftstrends des DZ
Lernziele & Kompetenzen
  • Vertiefte Kenntnisse über die Einsatzmöglichkeiten eines ausführbaren digitalen Zwillings im Lebenszyklus von Anlagen und Maschinen

Ihr Ansprechpartner

Name Kontakt
Eric Handschuh Eric Handschuh
M.Sc.

Förderung

Das Projekt DigiQBay wird durch das Bayerische Verbundforschungsprogramm (BayVFP) des Freistaats Bayerns aus der Förderlinie Digitalisierung vor allem aus dem europäischen Spezialfonds ESF (Europäischer Sozialfonds 2014 bis 2020) REACT-EU 2021-2023 finanziert.