Fluid 4.0 - Umsetzung der Digitalisierung für die Fluidtechnik 4.0 im branchen- und herstellerübergreifenden Datenraum mittels Verwaltungsschalen, Teilmodellen und Demonstratoren

Im Projekt Fluid 4.0 arbeiten Fluidtechnikhersteller, Maschinen- und Anlagenbauer, Anwender und Dienstleister gemeinsam an der Lösung von Digitalisierungsfragen. Dabei werden konkrete Anwendungsfälle und allgemeine Herausforderungen in der Fluidtechnik behandelt.

Die Fluidon GmbH engagiert sich aktiv in diesem Projekt, indem sie ihre umfassende Expertise in der Simulation fluidtechnischer Systeme einbringt. Fluidon entwickelt eine I4.0-konforme Simulationslösung und die Infrastruktur für ein integriertes und digitales Engineering von fluidtechnischen Systemen.

Herausforderung beim Engineering fluidtechnischer Systeme

Die Fluidtechnik, einschließlich ihrer Zweige Hydraulik und Pneumatik, verzeichnet in Deutschland einen Jahresumsatz von etwa 9,6 Milliarden Euro, wobei die Exportquote bei etwa 60% liegt. Produkte der Fluidtechnik zeichnen sich durch ihre hohe Flexibilität, Dynamik, Zuverlässigkeit, Robustheit, lange Lebensdauer und hohe Leistungsdichte bei vergleichsweise geringem Gewicht aus. Aus diesem Grund sind fluidtechnische Produkte in nahezu allen Bereichen des Maschinenbaus als entscheidende Komponenten sowohl in stationären als auch mobilen Anlagen weit verbreitet.

Variantenvielfalt und Einsatzflexibilität fluidtechnischer Komponenten generieren eine große Menge an Daten und Informationen, die den Schlüssel zu zukünftigen Wertschöpfungsketten darstellen. Sowohl Fluidtechnikhersteller als auch Maschinen- und Anlagenbauer (OEMs), Anwender und Dienstleister sind auf diese Informationen während des gesamten Produktlebenszyklus angewiesen. In diesem Kontext werden die Digitalisierungsbemühungen und Initiativen im Bereich "Industrie 4.0" als der wegweisende Pfad in die Zukunft der Branche betrachtet. Dieser Ansatz ermöglicht nicht nur Effizienz- und Produktionssteigerungen, sondern schafft auch Raum für die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle mit sowohl ökonomischen als auch ökologischen Vorteilen für OEMs und deren Kunden.

Die Digitalisierung im Kontext von Industrie 4.0 und der herstellerübergreifende Austausch von Daten und Informationen bewirken einen fundamentalen Wandel im gesamten Wertschöpfungssystem. Die Fluidtechnik als Zulieferindustrie steht hierbei, bedingt durch ihre anwendungsspezifischen Kombinationsmöglichkeiten und das breite Spektrum ihrer Anwendungen, vor besonderen Herausforderungen.

In der Fluidtechnik lassen sich im Gegensatz zu anderen Branchen nur wenige standardisierte Einsatzszenarien oder Einheiten mit vordefinierten Ein- und Ausgängen bilden. Um dieser Vielfalt auch im Rahmen der Digitalisierung gerecht zu werden, haben sich der VDMA Fachverband Fluidtechnik und seine Mitgliedsfirmen auf ein Digitalisierungskonzept verständigt. Dieses Konzept bietet höchste Flexibilität und Kompatibilität zu anderen Formaten wie OPC UA oder Automation ML durch die Implementierung des digitalen fluidtechnischen Zwillings, welcher mithilfe der Asset Administration Shell (AAS) erzeugt wird.

Ziel ist eine verbesserte Zusammenarbeit und Interaktion zwischen Fluidtechnikherstellern, Maschinen- und Anlagenbauern, Anwendern und Dienstleistern. Hersteller können zukünftig ihre physischen Komponenten gemeinsam mit Verwaltungsschalen an ihre Kunden, insbesondere Maschinen- und Anlagenbauer, liefern. Letztere können den digitalen Zwilling der Komponenten für ihre datengetriebenen Prozesse und Anwendungen nutzen, was eine effiziente und transparente Lösung für das Datenmanagement in der Industrie 4.0 gewährleistet.

Projektkonsortium

Mit dem Ziel, die gegenwärtigen Defizite und Herausforderungen in Bezug auf die Digitalisierung der Fluidtechnik anzugehen, hat sich ein Konsortium zusammengefunden, um die nachfolgenden Schwerpunkte zu bearbeiten:

  • Ansätze zur branchenübergreifenden, maschinenlesbaren Datenbereitstellung für fluidtechnische Systeme (Datenraum für die Fluidtechnik)
  • Übergeordnete Verwaltungsschalen auf Systemebene, welche die bereits gut ausgebaute Infrastruktur auf Komponentenebene intelligent verknüpft
  • Domänenspezifische Dienste für fluidtechnische Anwendungen
  • Digitalisierte Schnittstellen zwischen Herstellern und Anwendern sowie zu weiteren Datenstandards, Digitalisierungstechnologien und Tools für das Engineering
  • Eine Lebenszyklus-übergreifende Ermittlung von CO2-Emissionen und Circular Economy-Konzepte für die Fluidtechnik
  • Integriertes Digitales Engineering auf Ebene fluidtechnischer Komponenten

Arbeitsprogramm

FLUIDON konzentriert sich im Rahmen des Projekts auf folgende Schwerpunkte:

  • Wir integrieren die Simulationsmodelle in den I4.0-konformen Datenraum.
  • Wir konzipieren die Systemverwaltungsschalen zur intelligenten Verbindung von Komponentensimulationsmodellen zu einer Gesamtsystemsimulation.
  • Als Grundlage für verschiedene Dienste in fluidtechnischen Anwendungen entwickeln wir eine I4.0-konforme Simulationslösung und -infrastruktur.
  • Die entstehende Lösung ermöglicht die nahtlose Integration von simulationsbasierten Engineering-Methoden ohne Datenkonsistenzbrüche mit konventionellen Methoden.
  • Unsere Partner unterstützen wir darin, simulationsbasierter Dienste im entstehenden I4.0-konformen Simulationsframework umzusetzen.
  • Wir erarbeiten eine Lösung zur Systemsimulation, die numerisch stabil und leistungsfähig ist (FMI Co-Simulation).
  • Die Simulations-Schnittstelle, die wir auf Basis der Verwaltungsschale konzipieren, ermöglicht einen interoperablen Zugriff auf Daten aus der Simulation.
  • Am Anwendungsbeispiel zeigen wir die simulationsgestützte Steuerungsentwicklung.
  • Wir berechnen den Energieverbrauch der Komponenten im Betrieb zur Bilanzierung des CO2-Fußabdrucks.