Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit soll die Forschungsfrage beantwortet werden, wie digitale Modelle von Industrierobotern die Planung, Instandhaltung und Weiterentwicklung unterstützen können. Dahingehend werden die Prinzipien erläutert, welche einen Industrieroboter ausmachen, insbesondere die Funktionsweise der Sensoren, Aktoren und der Software und die benötigten Voraussetzungen, um eine Fertigungsanlage zu automatisieren. Anschließend werden digitale Zwillinge definiert, und welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um die Möglichkeiten der entstehenden Datenmengen während einer Produktion weiterführend zu nutzen. Abschließend werden die Vor- und Nachteile eines digitalen Zwillings im Kontext eines Unternehmens aufgezeigt.
Technologien und Informationsverarbeitung prägen den Alltag von Menschen. Viele Menschen besitzen ein Smartphone, welches mit Sensorik ausgestattet ist, um den Standort innerhalb von Funkantennen wie auch im Bereich geostationärer Satelliten zu bestimmen. Die Höhe verglichen zum Meeresspiegel, die Bewegungsgeschwindigkeit des Nutzers wie auch dessen durchschnittliche Nutzung des Geräts kann regelbasiert analysiert werden, um als Reaktion auf die gemessenen Daten die durchschnittliche Schlafenszeit wie auch präferierte Routen zu nutzen, um relevante Benachrichtigungen zu Neuigkeiten in der Umgebung zu erhalten. Künstliche Intelligenzen erstellen Profile für Werbeagenturen, Versicherungen und Entwicklung von neuen Produkten wie Applikationen und Geräten. Dieser Text selbst kann bereits von linguistischen, neuronalen Modellen auf Rechtschreibung geprüft, wie auch anhand einiger Vorgaben verfasst werden. In der fertigenden Industrie werden Roboterarme eingesetzt, um schwere Bauteile zu heben, Komponenten zu verschweißen und zu lackieren. Dabei entstehen viele Daten über die Nutzung und den Zustand eines Roboters, welche zur Optimierung genutzt werden können.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Zielsetzung
1.2. Vorgehensweise
2. Industrieroboter
2.1. Funktionsweise von Industriellen Robotern
2.2. Sensorik
2.2.1. Technische Sensorik
2.2.2. Arten von Sensoren
2.3. Aktore
2.4. Anwendungsbeispiele von Industriellen Robotern
3. Digitale Zwillinge
3.1. Simulation
3.2. Emulation
3.3. Virtualisierung
3.4. Definition Digitaler Zwilling
3.5. Voraussetzungen für einen Digitalen Zwilling
3.6. Funktionsweise eines Digitalen Zwillings
4. Zusammenfassung
5. Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht, wie digitale Modelle von Industrierobotern die Planung, Instandhaltung und Weiterentwicklung in Fertigungsanlagen unterstützen können. Dabei wird analysiert, wie durch die Verknüpfung von Sensordaten und virtuellen Abbildungen Prozesse optimiert und Effizienzsteigerungen erzielt werden können.
- Grundlagen der Industriellen Robotik und Sensorik
- Methoden der Simulation, Emulation und Virtualisierung
- Definition und Funktionsprinzipien Digitaler Zwillinge
- Potenziale für vorausschauende Wartung und Prozessoptimierung
- Herausforderungen bei der Implementierung von cyber-physikalischen Systemen
Auszug aus dem Buch
3.4. Definition Digitaler Zwilling
Bereits während der Apollo-Mission wurde simultan zum eigentlichen Raumfahrzeug ein zweites, identisches Raumfahrzeug entwickelt. Dieser noch real existierende „Zwilling“ diente Astronauten vor der Mission zur Vorbereitung und Ingenieuren während der Mission, um auf Basis von Daten des aktiven Raumfahrzeugs notwendige Lösungen zu erarbeiten (Klostermeier, Haag, & Benlian, 2020 zit. n. Rosen et al. 2015). Zu ähnlichen Zwecken wird heutzutage auch der digitale Zwilling verwendet, nur dass anstatt eines zweiten realen Gegenstandes ein digitales Modell des Originals erstellt wird (Klostermeier, Haag, & Benlian, 2020, S. 1). Eine zusätzliche Möglichkeit von digitalen Zwillingen ist, dass sie Wissen nutzen, welches durch Emulationen generiert wurde, um nützliche Hinweise für physische Systeme zu erhalten.
Diese Informationen können genutzt werden, um Parameter von Endkunden zu kontrollieren und zu verändern (Friederich, Francis, Lazarova-Molnar, & Mohamed, 2021, S. 1-2). Manche der entscheidenden Probleme in Produktionsstätten mit dynamischen und variablen Rahmenbedingungen können durch flexible und adaptive Prozesse als Teil einer schlauen Fabrik (SF, Smart Factory) gelöst werden. In komplexen Fertigungsanlagen können DT in einer SF integriert werden, um effiziente Modelle der Produktionsabläufe abzubilden und vielfältige Aspekte zu überwachen. Einige der Vorteile von DT ist die Fähigkeit, eine Überwachung von Komponenten und Maschinen in Echtzeit durchzuführen, wodurch die Zuverlässigkeit gesteigert werden kann, indem eine Instandhaltung frühzeitig geplant werden kann.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung legt den Grundstein, indem sie die Bedeutung moderner Datentechnologien für die Industrie hervorhebt und die zentrale Forschungsfrage zur Unterstützung von Planung und Instandhaltung durch digitale Modelle formuliert.
2. Industrieroboter: Dieses Kapitel erläutert die technischen Grundlagen, Funktionen und Anwendungsbereiche von Industrierobotern sowie die essenzielle Rolle von Sensorik und Aktoren bei der Prozessinteraktion.
3. Digitale Zwillinge: Das Kernkapitel definiert das Konzept des Digitalen Zwillings, grenzt es von Simulation und Emulation ab und beschreibt dessen Funktionsweise und Voraussetzungen für den produktiven Einsatz.
4. Zusammenfassung: Hier werden die wesentlichen Erkenntnisse über Robotertechnik, Sensorik und das Potenzial Digitaler Zwillinge für eine effizientere Fertigung zusammenfassend dargestellt.
5. Fazit: Das Fazit resümiert, dass Digitale Zwillinge maßgeblich zur Prozessverbesserung beitragen, betont jedoch die Notwendigkeit standardisierter Schnittstellen und weiterer technischer Entwicklungen für eine breite Anwendung.
Schlüsselwörter
Industrieroboter, Digitale Zwillinge, Sensorik, Simulation, Emulation, Virtualisierung, Smart Factory, Instandhaltung, Prozessoptimierung, Cyber-Physical Production Systems, Automatisierungstechnik, Fertigungsanlagen, Datenanalyse, Echtzeitüberwachung, IIoT
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Thema der Arbeit?
Die Arbeit behandelt den Einsatz von digitalen Modellen (Digitalen Zwillingen) zur Unterstützung komplexer Prozesse wie Planung, Instandhaltung und Weiterentwicklung bei Industrierobotern.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Funktionsweise industrieller Robotik, der Rolle der Sensorik/Aktoren und der Anwendung digitaler Abbildungen innerhalb einer Smart Factory.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsfrage?
Ziel ist es aufzuzeigen, wie digitale Modelle von Industrierobotern Fertigungsanlagen effizienter machen können, insbesondere durch Datenanalyse und vorausschauende Maßnahmen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturanalyse technischer Konzepte wie CAE, VR, Digital Twin und Big Data Analytics, um Anwendungsmöglichkeiten für die Industrie abzuleiten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine technische Beschreibung der Industrierobotik (Sensoren, Aktoren, Anwendungsbeispiele) und eine tiefgehende Analyse von Digitalen Zwillingen, inklusive Definition, Voraussetzungen und Implementierung.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Digitale Zwillinge, Industrieroboter, Smart Factory, Sensorik, Prozessüberwachung und Echtzeit-Optimierung.
Wie unterscheidet sich ein Digitaler Zwilling von einer einfachen Simulation?
Während eine Simulation oft isoliert Softwareprozesse modelliert, zeichnet sich ein Digitaler Zwilling durch eine kontinuierliche Datenverknüpfung mit dem realen Pendant in Echtzeit aus.
Welche Rolle spielt die Sensorik für den Digitalen Zwilling?
Sensoren sind essenziell, da sie die realen Zustandsdaten einer physischen Maschine erfassen, die für das digitale Ebenbild benötigt werden, um fundierte Entscheidungen zu treffen.
Was sind laut dem Autor die größten Herausforderungen beim Einsatz Digitaler Zwillinge?
Aktuell fehlen breit akzeptierte Definitionen und standardisierte Schnittstellen; zudem sind die notwendigen Betriebssysteme und der Implementierungsaufwand mit hohen Kosten verbunden.
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- Constantin Sinowski (Author), 2023, Digitale Zwillinge. Wie unterstützen digitale Modelle von Industrierobotern die Planung, Instandhaltung und Weiterentwicklung von Fertigungsanlagen?, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1361892
