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Industrie 4.0: Der digitale Zwilling „Adam“ wächst im Robotik-Labor auf

Wo sich reale und virtuelle Welt gegenseitig befruchten und optimieren

Abteilungsvorstand Ralph Mitterhuber (re.) erläutert beim Robotik-Seminar an der HTL Wels die Funktionsweise eines „digitalen Zwillings“.

Wenn eine technische Anlage einen simulierten Klon zur Seite gestellt bekommt, profitiert vor allem das Team der Entwicklungsingenieure. Der digitale Zwilling ist das technische Handwerkszeug der Techniker der Zukunft. Was wenige wissen ist, dass im Robotiklabor der HTL Wels bereits mehrere dieser virtuellen Klone „leben“ und „lernen“. 

Was bedeutet das? „Das kann am Beispiel einer neu entwickelten Roboterzelle und des elektronischen Bruders ,Adam‘ erklärt werden“, so Maschinenbau-Abteilungsvorstand Ralph Mitterhuber.

Die echte Roboterzelle, nennen wir sie „Eva“, entsteht klassisch mechatronisch und maschinenbaulich: Eine detaillierte, fertigungs- und sicherheitsgerechte 3D-Konstruktion wird in der HTL-eigenen Werkstätte umgesetzt. Der zugekaufte Industrieroboter und dessen Handhabungswerkzeuge werden montiert und die Pneumatik in enger Zusammenarbeit mit einem führenden Hersteller realisiert. Die CE-konforme Sicherheitstechnik komplettiert die Anlage. 

Wie wird nun der digitale Zwilling „Adam“ geboren? Als Geburtshelfer dient Software auf Industriestandard. Bevor der Zwilling auf die Welt kommt, gedeiht er als Embryo mit CAD-Daten aus Solidworks und Pneumatik-Simulationen aus Festo-Fluidsim. Parallel dazu dient die Software Safe-Experts zur sicherheitstechnischen Entwicklung.

Adam kommt im Programm ABB-Robot-Studio auf die Welt, indem alle Daten aus seinem pränatalen Stadium eingespielt werden. Adam muss nun lernen, indem er programmiert wird, natürlich in seiner eigenen virtuellen, schon fast an Computerspiele erinnernden Welt.

Bis sich Adam und Eva gleichen

Seine reale Schwester, die mechanisch gefertigte Roboterzelle, hinkt vorerst dem Lernfortschritt Adams hinterher. Erst wenn Adam die Volksschule erfolgreich abgeschlossen hat, er also mittels eines lauffähigen Programms situationsgerecht agieren kann, wird das Programm Eva eingespielt. Da die reale Eva aufgrund der Fertigung und anderer realer Einflüsse von Adam abweicht, muss das Programm an sie angepasst werden.

Von diesen Anpassungen an Eva profitiert im nächsten Schritt Adam. Er und seine virtuelle 3D-Welt werden an die Realität angepasst; er wird Eva ähnlicher. Auf diese Weise reifen Adam und Eva und maturieren dann, wenn sie sich gleichen.

Auf dem weiteren Lebensweg werden sich Adam und Eva nicht mehr trennen und bei weiteren Entwicklungen voneinander lernen. Adam wird programmiert und sein Verhalten simuliert, Eva bekommt das bereits optimierte Programm. Es wird angepasst; Eva macht ihren Job und Adam wird angepasst.

Adam und Eva wachsen aber auch lebenslang weiter. Optimierungen und die Entwicklung neuer Komponenten kommen über CAD und Werkstätte sowohl Adam als auch Eva zugute.

Hype in Industrie 4.0

Diese Technologie findet nun auch verstärkt in die Lehre Eingang. Lehrerkollegen aus ganz Oberösterreich nahmen kürzlich unter der Leitung Mitterhubers am Seminar „Industrierobotik – praxisorientierter Laborunterricht im Zeitalter von Industrie 4.0“ an der HTL Wels teil – und waren begeistert. Schließlich konnten die Teilnehmer mittels VR-Brille direkt in die Zelle eintauchen.

Mitterhuber über den „digitalen Zwilling“: „Die Idee ist, dass die echte und die virtuelle Welt voneinander leben, sich gegenseitig befruchten und optimieren.“ Zum Einsatz kommt diese Technologie sowohl in der Projektautomatisierung und Robotik als auch in der Servicierung bis hin zum Marketing.

Diplomandinnen beteiligt

An der HTL Wels haben sich bereits mehrere Diplomarbeiten damit beschäftigt, dazu bedurfte es auch des Zusammenspiels von Mechatronik, Maschinenbau und diversen Werkstätten, wie Schweißerei, Stahlbau, Kunststoff, Modelltischlerei, Dreherei, Fräserei usw. Selbst die Elektronikwerkstätte der Elektrotechnik war involviert. Mit Thomas Mayr wirkte zudem ein Absolvent der HTL Wels ehrenamtlich mit.

Abgerundet wurde das Seminar mit Vorträgen der Maschinenbau-Diplomandinnen Viktoria Fasching und Lisa Gumpoldsberger, die über Virtual Reality, Augmented Reality und Mixed Reality forschen, sowie des Diplomarbeit-Dreierteams Nina Hartl-Aschenbrenner, Matthias Palfy und Daniel Pichler (allesamt 5BHME).

„Der ,digitale Zwilling‘ stellt derzeit wohl den Hype in der Industrie 4.0 dar“, so Ralph Mitterhuber abschließend.