TwinMaP: Digitaler Zwilling eines heterogenen Maschinenparks zur Komplettbearbeitung von Bauteilen und der Montage für eine effiziente, 3D-basierte Mitarbeiterassistenz

Abstract

Projektidee: Die Produktion von Bussen bei Daimler Buses ist stark individualisiert: Jährlich entstehen etwa 20.000 Busse und Fahrgestelle, wobei nahezu jedes Fahrzeug ein Unikat ist. Dies führt zu komplexen Anforderungen an die Teilefertigung, die sowohl große Stückzahlen als auch Losgröße‑1 effizient bewältigen muss. Ein heterogener Maschinenpark ermöglicht diese Flexibilität, erschwert jedoch die ganzheitliche digitale Vernetzung und Prozessoptimierung. Der heterogene Maschinenpark ist jedoch nur teilweise IIoT‑fähig, wodurch eine durchgängige Optimierung über Maschinen hinweg nicht möglich ist. Das verhindert u.a. ganzheitliche Kostenoptimierung, Prozessvergleichbarkeit (z. B. Fräsen vs. 3D‑Druck) sowie strategische Investitionsentscheidungen. In der montageintensiven Busfertigung erschwert zudem die geringe digitale Vernetzung zwischen Werkern, Werkzeugen und Arbeitsplätzen eine durchgängige Prozessintegration. Digitale Zwillinge sind vorhanden, jedoch nicht vernetzt oder eingebunden. Für eine zukunftsfähige Produktion braucht es vernetzte digitale Zwillinge, adaptive Assistenzsysteme und 3D‑basierte, automatisiert generierte Anleitungen, die sich an das Erfahrungsniveau der Mitarbeitenden anpassen. Solche integrierten Lösungen existieren derzeit noch nicht. Zielsetzung: Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines digitalen Zwillings, heterogener Maschinenparks und von manuellen Montagestationen für die Gesamtprozessoptimierung in der Bauteilfertigung und in der Endmontage: Hierzu werden im Projekt acht Entwicklungsschritte angestrebt: Stufe 1 - Digitaler Maschinenzwilling: Wirtschaftliche virtuelle Abbildung von Altanlagen durch Abstrahierung. Reduzierung der benötigten Programmierzeit um ≥ 40 %. Stufe 2 - Konnektiver Maschinenzwilling: Realistische Simulation der Maschinenfertigung auf Basis von Ist-Daten. Dadurch beschleunigte Produktentwicklung und Reduzierung der Kosten um ≥ 10 % (bei kleinen Stückzahlen). Stufe 3 - Konnektiver Maschinenpark: Abbildung gesamter Produktionsverbünde (bspw. "Blechfertigung") als digitaler Zwilling in Steuerungsechtzeit. Dadurch Möglichkeit zur Vorabverifizierung und -programmierung von Neumaschinen. Stufe 4 - Smarte Teilefertigung: Erweiterung des konnektiven Maschinenparks (Stufe 3) um eine Überechtzeit-Simulation sowie KI-Optimierungen. Dadurch erstmals Vergleich verschiedener Produktionsverfahren (bspw. "Herstellung des Halters durch abtragende Verfahren/Fräsen oder additive Verfahren/3D-Druck"). Kosteneinsparungen > 10 %. Stufe 5 - Digitaler Wertstromzwilling: Erweiterung der smarten Teilefertigung auf die Wertstrom- und Lieferkettenebene. Stufe 6 – Digitale Arbeitsstation: Realistische Simulation der digitalen Zwillinge manueller Arbeitsstationen in der Montage, insbesondere der menschlichen Werker und ihrer Interaktion mit Werkzeugen und Teilen. Stufe 7 – Konnektive Arbeitsstation: Erweiterung der digitalen Arbeitsstation um eine unter-stützte und automatisierte Generierung von Arbeitsanweisungen unter Zuhilfenahme der digitalen Zwillinge. Durch Anwendung der digitalen Arbeitsstation in der manuellen Montage können die heutigen Qualifizierungszeiten von bis zu 12 Wochen um bis zu 50% reduziert werden. Stufe 8 – Smarte Montage: Entwicklung einer konnektiven Arbeitsstation (kontextbasiertes Werkerassistenzsystem) und deren Evaluation und Demonstration an verschiedenen Stationen im Bus-Montagewerk. Projektdurchführung: Das Projekt TwinMaP entwickelte in mehreren Phasen ein durchgängiges Konzept und erste Implementierungen für digitale Zwillinge in Montage und Teilefertigung. Nach dem Kickoff Anfang 2023 wurden organisatorische Grundlagen geschaffen, Arbeitspakete definiert und eine gemein-same technische Infrastruktur aufgebaut. In der Konzeptphase wurden zentrale Architekturentscheidungen getroffen und erste Umsetzungen - insbesondere rund um die AAS und den 3D-Druck - vorbereitet. Ab 2024 standen der Auf-bau von Demonstratoren und die Integration neuer Partner im Fokus. Dabei wurden wichtige Meilensteine erreicht, darunter im Labormaßstab digitale Maschinenzwillinge und die grundlegende Architektur für manuelle Montageprozesse. Zwischen 2024 und 2026 wurden funktionsfähige Demonstratoren für Teilefertigung, Montage sowie Wertstrom- und Lieferkettenzwillinge entwickelt und in mehreren Projekttreffen abge-stimmt. Anfang 2026 erfolgte der Abschluss der Arbeitspakete 2 bis 4 inklusive Live-Demonstrationen. Die finalen Ergebnisse der Arbeitspakete 5 bis 8 werden im September 2026 präsentiert und schließen das Gesamtprojekt ab. Projektergebnisse: Die in TwinMaP erarbeiteten Lösungen sorgen dafür, dass Produktionsprozesse durch frühzeitige Simulation effizient gestaltet werden können und damit der Produktionsstandort Deutschland weiterhin wettbewerbsfähig bleibt. Details zu den Projektergebnissen sind im gemeinsamen Abschlussbericht dokumentiert. Durch die Publikation der Erkenntnisse und der Open-Source-Verfügbarkeit wesentlicher Softwarekomponenten bieten sich zudem Möglichkeiten für andere Unternehmen von den erreichten Ergebnissen des TwinMaP-Projekts zu profitieren. Die TwinMaP-Lösungen tragen zur Beherrschung der Herausforderungen bei, welche es Unternehmen ermöglicht, mit angemessenem Aufwand Innovation und Entwicklung in Deutschland und Europa zu halten.