Digitale Zwillinge für die Maschinenindustrie

Digital gelernt ist genauso gut wie an der realen Maschine

Um die komplexen Maschinen des Schleifmaschinenherstellers Reishauer bedienen zu k?nnen, braucht es umfangreiche Schulung. In einem Test wurden je 20 Personen entweder direkt an der physischen Maschine geschult oder digital mittels eines digitalen Zwillings in Virtual Reality.

Bei der physischen Methode steht die Maschine w?hrend der Schulung f¨¹r die Produktion nicht zur Verf¨¹gung. Jeweils drei Operateure wurden gleichzeitig durch einen Instruktor an der Maschine geschult, was 2.5 Stunden dauerte.

Die digitale Methode hingegen konnte von allen Operateuren unabh?ngig von der realen Maschine, zu einem beliebigen Zeitpunkt und Ort durchgef¨¹hrt werden. Daf¨¹r ben?tigten die Operateure nur 50 Minuten. Die Interaktion mit dem digitalen Zwilling erfolgte intuitiv durch Hand- und Zeigebewegungen, die durch die Sensoren der Fa. Sensoryx erfasst wurden.

Eine Woche nach der digitalen oder physischen Schulung erfolgte der Test an der realen Maschine. Dabei stellte sich heraus, dass die Aufgaben von beiden Gruppen gleich gut gel?st wurden. Unter dem Strich hat die digitale Schulung also die Nase vorn: Sie ist schneller, kann zeitlich und ?rtlich unabh?ngig durchgef¨¹hrt werden und die reale Maschine kann ohne Unterbruch produzieren.

Potenzielle Kollisionen gut simulierbar

Schleifmaschinen f¨¹r Zahnr?der m¨¹ssen mikrometergenau arbeiten, was pr?zise Teilef¨¹hrung voraussetzt. Damit es w?hrend des Schleifprozesses nicht zu einer Kollision des zu schleifenden Teiles mit der Maschine kommt, werden komplizierte Algorithmen entwickelt, die Kollisionen ausschliessen. Die zweite Untersuchung sollte ermitteln, ob mittels digitaler Zwillinge solche Kollisionsanalysen schneller, einfacher und mit weniger Aufwand berechnet werden k?nnen. Auch hier sind die Resultate ?usserst zufriedenstellend, denn die geforderte Genauigkeit in der Kollisionserkennung wurde erreicht und die Analyse kommt zeitsparend auf Knopfdruck.

Technologische Herausforderung

Was nun so einfach klingt, war eine grosse technologische Herausforderung: Aus den drei Einzelbausteinen Maschine, Steuerung und Algorithmus sollte ein einziger digitaler Zwilling entstehen. Es musste also eine digitale Version der Reishauer-Maschine erbaut werden, die mit der Steuerung von Siemens und dem komplexen Algorithmus ausgestattet ist. 

Alle haben profitiert

Um dieses Projekt zu realisieren, brauchte es alle beteiligten Partner. Die ETH-Forscher um Professor Andreas Kunz konnten ihre VR-Forschung in der Praxis erfolgreich weiterentwickeln und anwenden. Alexander Farger von Siemens folgert: ?Maschinenhersteller und -betreiber nutzen unsere Produkte "Create und Run myVirtual Machine" bereits erfolgreich zur Erstellung digitaler Zwillinge und zur Optimierung von Fertigungsprozessen. Wir sehen aber auch grosses Potential im Einsatz von digitalen Zwillingen in der Schulung von Bedien- und Wartungspersonal. Die Verkn¨¹pfung mit Virtual Reality hebt die Vermittlung von Schulungsinhalten auf die n?chste Stufe. Die L?sung ist auch f¨¹r Ausbildungsst?tten interessant, da sie eine einfache M?glichkeit bietet, den Umgang mit Maschinen unterschiedlicher Technologien und Komplexit?tsgrade zu erlernen.

Florian H?nni von Reishauer sieht gleich mehrere Vorteile dieses Projektes: ?Dank der Unterst¨¹tzung von Innosuisse konnten wir zwei M?glichkeiten f¨¹r die Kollisionspr¨¹fung evaluieren. Beide haben funktioniert. Wir werden die Kollisionspr¨¹fung in unsere eigene Auslegunssoftware integrieren, verwenden daf¨¹r allerdings einen anderen technologischen Ansatz. Ferner haben wir gelernt, dass es m?glich ist, komplexe Aufgaben auch virtuell mit einem Digitalen Twin zu vermitteln.? Sowohl f¨¹r H?nni als auch f¨¹r Farger sind Projekte mit der ETH Z¨¹rich von hohem Wert, denn sie wussten von Anfang an, dass sie dadurch Zugang zu den absoluten Spezialisten auf diesem Gebiet hatten und es wurde stets offen und auf Augenh?he kommuniziert.