Digital Twins in der Manufacturing Industry. Systematische Entwicklung eines Digital Twin Demonstrators

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG

1.1 MOTIVATION

1.2 ZIELSTELLUNG UND FORSCHUNGSFRAGE

1.3 METHODIK UND VORGEHEN

2 GRUNDLAGEN

2.1 DIGITAL TWINS

2.1.1 Evolution und Konzept von Digital Twins

2.1.2 Architektur von Digital Twins

2.1.3 Kommunikation von Digital Twins

2.1.4 Sensoren und Aktuatoren

2.2 DEMONSTRATOR

2.2.1 Modell

2.2.2 Simulation

2.2.3 Prototyping

2.2.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse

2.3 VORGEHENSMODELL

2.3.1 Allgemeine Einordnung und Abgrenzung

2.3.2 Relevante Arten von Vorgehensmodellen

3 ENTWICKLUNG DES ARTEFAKTS

3.1 ANALYSE EXISTIERENDER ANSÄTZE

3.2 ABLEITUNG VON ANFORDERUNGEN AN DAS VORGEHENSMODELL

3.3 SYSTEMATISCHE ENTWICKLUNG EINES EINHEITLICHEN VORGEHENSMODELLS

4 EVALUATION

4.1 DEMONSTRATION DES ARTEFAKTS

4.2 EVALUATION DES ARTEFAKTS

5 SCHLUSSBETRACHTUNG

5.1 ZUSAMMENFASSUNG DER ERKENNTNISSE

5.2 KRITISCHE WÜRDIGUNG

5.3 AUSBLICK

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines systematischen Vorgehensmodells für die Konstruktion eines Digital-Twin-Demonstrators in der Fertigungsindustrie. Die zentrale Forschungsfrage untersucht, wie ein solches Vorgehensmodell strukturiert sein muss, um die praktische Umsetzung dieser komplexen Technologie zu unterstützen und bestehende Forschungslücken zu schließen.

• Grundlagen von Digital Twins, Simulationen und Demonstratoren
• Analyse bestehender Vorgehensmodelle in der Software- und Systementwicklung
• Systematische Ableitung von Anforderungen an ein einheitliches Vorgehensmodell
• Praktische Implementierung und Demonstration an einem Roboterarm-Szenario
• Evaluation des entwickelten Artefakts hinsichtlich wissenschaftlicher Kriterien

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 EINLEITUNG: Einführung in die Thematik Industrie 4.0 und die Relevanz von Digital Twins, gefolgt von der Definition der Forschungsfrage und der methodischen Vorgehensweise.

2 GRUNDLAGEN: Theoretische Aufarbeitung der Kernbegriffe Digital Twin, Demonstrator und Vorgehensmodell, inklusive deren architektonischer und funktionaler Aspekte.

3 ENTWICKLUNG DES ARTEFAKTS: Analyse bestehender Ansätze, Ableitung der Anforderungen an das neue Modell und die systematische Konzeption des einheitlichen Vorgehensmodells.

4 EVALUATION: Praktische Demonstration des entwickelten Vorgehensmodells an einem Roboterarm-Szenario sowie die wissenschaftliche Evaluation des Modells.

5 SCHLUSSBETRACHTUNG: Zusammenfassende Betrachtung der Forschungsergebnisse, kritische Würdigung der Arbeit sowie ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Schlüsselwörter

Industrie 4.0, Digital Twin, Demonstrator, Vorgehensmodell, Design-Science-Research, Fertigungsindustrie, Digital Thread, Cyber-Physische Systeme, Simulation, Prototyping, OPC UA, Robotik, Datenintegration, Modellierung, Systementwicklung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Masterarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Entwicklung eines Vorgehensmodells, das die Konzeption und Implementierung von Digital-Twin-Demonstratoren in der Fertigungsindustrie ermöglicht.

Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?

Die zentralen Schwerpunkte liegen auf der Digitalisierung der Produktion, der Architektur von Digital Twins, der Rolle von Demonstratoren als Vorführmodelle sowie der methodischen Systementwicklung.

Welches primäre Ziel wird mit der Forschungsarbeit verfolgt?

Das Ziel ist die Schließung einer Forschungslücke durch die Bereitstellung eines einheitlichen, praxistauglichen Vorgehensmodells für die Entwicklung von Digital-Twin-Demonstratoren.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Als wissenschaftliche Methode kommt der Ansatz der Design-Science-Research zur Anwendung, um ein valides Artefakt (das Vorgehensmodell) zu entwickeln und zu evaluieren.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil umfasst eine Literaturrecherche zu bestehenden Ansätzen, die Ableitung von Anforderungen an das neue Modell sowie dessen detaillierte Ausarbeitung in Phasen von der Anforderungsdefinition bis hin zu Betrieb und Wartung.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Digital Twin, Industrie 4.0, Vorgehensmodell, Design-Science-Research, Simulation und Demonstrator.

Wie wurde der Demonstrator in der Praxis realisiert?

Die Demonstration erfolgte durch den Bau eines verkleinerten Roboterarms, der mittels Arduino-Mikrocontrollern gesteuert und über das Robot Operating System (ROS) mit einem digitalen Abbild synchronisiert wurde.

Warum spielt die Asset Administration Shell (AAS) eine Rolle?

Die AAS wird als bedeutendes Metamodell zur Strukturierung und Identifikation von Assets im Kontext von Industrie 4.0 diskutiert, jedoch aufgrund ihrer Komplexität im vorliegenden Vorgehensmodell spezifisch kontextualisiert.

Was zeichnet das vorgeschlagene Vorgehensmodell besonders aus?

Es kombiniert lineare Phasen mit iterativen Elementen, wodurch sowohl Struktur für den Entwicklungsprozess geboten wird als auch die notwendige Flexibilität für Korrekturen und Anpassungen während der Entwicklung erhalten bleibt.