Konvergenzfähige Ablaufsimulationsmodelle als Digitale Zwillinge von Produktionssystemen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Gisela Lanza
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535966478

In einem zunehmend volatilen Marktumfeld müssen sich Produktionsunternehmen permanent auf neue Umweltbedingungen einstellen, auf externe Ereignisse reagieren und Handlungsalternativen unter großem Zeitdruck und gleichzeitiger Unsicherheit evaluieren. Dies kann durch ein Ablaufsimulationsmodell des Produktionssystems effizient und präzise unterstützt werden, da dies die komplexen Wechselwirkungen, das dynamische Verhalten und die stochastischen Prozesse im Gesamtsystem abbilden kann. Da die Modellpflege, die für die Verfügbarhaltung eines solchen Simulationsmodells mit entsprechend hoher Genauigkeit sehr Arbeits- und insbesondere Know-How-intensiv ist, soll diese im Projektvorhaben automatisiert werden. Hierfür sollen Verfahren entwickelt werden, wie die durch die Digitalisierung vermehrt zur Verfügung stehenden Realdaten für die automatisierte Anpassung des Modells an die Realität (die sogenannte Konvergenz) genutzt werden können. Aus dem herkömmlichen Simulationsmodell wird somit ein Digitaler Zwilling des Produktionssystems. Hierfür muss zunächst ein übergeordnetes Konzept entwickelt werden, in dem neben einen Vorgehensmodell auch der Ausgangszustand der Digitalen Zwillings-Entwicklung, das manuell erstellte Keimmodell, definiert wird. Darauf aufbauend sind die notwendigen Methoden zur Datenerhebung und -verarbeitung zu beschreiben. Hierfür werden existierende Methoden recherchiert, bewertet und ausgesucht bzw. weiterentwickelt. Mithilfe der Realdaten aus der Produktion soll der Digitale Zwilling nicht nur parametrisiert werden, sondern auch Veränderungen in Systemstruktur und –verhalten erkannt und darauf reagiert werden können. Im nächsten Schritt sind die Prozesse zur Validierung und Aktualisierung zu erarbeiten, die für die Modellkonvergenz benötigten werden. Hierfür sind Systematiken für zahlreiche Einstellungsfragen, wie z.B. der verwendeten Validierungsmetrik, sinnvoller Schwellenwerte und der Aktualisierungszeitraumlänge, zu entwickeln. Da in der Praxis Simulationsmodelle häufig in der Planungsphase von Produktionssystemen erstellt werden und Digitale Zwillinge möglichst den gesamten Lebenszyklus des Produktionssystems begleiten sollen, wird im Forschungsvorhaben auch der Übergang von Planungs- zu Betriebsphase für den Digitalen Zwilling untersucht. Das Verfahren und seine Algorithmen werden für beispielhafte Anwendungsfälle aus Industrie und institutseigener Lernfabrik umgesetzt und getestet. So kann das Verhalten eines Digitalen Zwillings nach Implementierung eingehend untersucht werden, um weitere Erkenntnisse zu seiner Entwicklung und Nutzung zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen