Digitaler Zwilling in der virtuellen Nullserie · Digitaler Zwilling in der virtuellen Nullserie...

Digitaler Zwilling in der virtuellen Nullserie

Jan-Hendrik Theilen (Volkswagen AG)

Axel Stechow (Siemens Industrie Software GmbH)

ProSTEP iViP Symposium 2017 Essen, den 17. Mai 2017

Werkzeugbau Marke VolkswagenIT-Prozesse und SystemeJan Theilen

ProSTEP iViP Symposium 2017 Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieEssen, den 17. Mai 2017

Siemens Industrie Software GmbHDigital Factory DivisionAxel Stechow

Virtuelle Null-Serie in der digitalen Produktion…

„...ich möchte morgens vernetzte Platinen in meine digitalen Pressenlinien einlegen, um dann mittags eine

digital berechnete lackierte Karosserie zu erhalten, die ich hinsichtlich Qualität, Fertigungszeit und Kosten bewerten kann!“

VW Fertigungsplanungsleiter 2010

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Siemens Industrie Software GmbHDigital Factory DivisionSiemens PLM Software, eine Business Unit der Siemens Digital Factory Division, ist ein führender, weltweit tätiger Anbieter von Software, Systemen und Dienstleistungen.

Portfolio Product Lifecycle Management (PLM) Management von Produktionsvorgängen (MOM) 15 Millionen lizenzierten Anwendern mehr als 140.000 Kunden in aller Welt

Siemens PLM Software Siemens PLM Software mit Hauptsitz in Plano, Texas, stellt in enger Zusammenarbeit mit seinen Kunden Industriesoftware-Lösungen bereit. Sie unterstützen Firmen weltweit dabei, entscheidende Innovationen in die Realität umzusetzen und so einen nachhaltigen Wettbewerbsvorteil zu erzielen.

Volkswagen AGWerkzeugbau im KonzernverbundHerstellbarkeit, Betriebsmittelentwicklung und Betriebsmittelanfertigung im Volkswagen Konzern Presswerkzeugbau Anlagen- und Vorrichtungsbau Mess- und Prüfmittelbau

Standorte17 Standorte weltweit in den Marken VW, Audi, Skoda und Porsche

KundenPresswerke, Karosseriebau und Messräume an 108 Standorte weltweit in 10 Marken

Digitaler WerkzeugbauDatenmanagement durch die Konzern-PDM Lösung CONNECT auf Basis von Siemens Teamcenter

Digitaler Zwilling in der virtuellen Nullserie

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Digitaler Werkzeugbau

4

1 PDM-System!

VW Setubal (P)

AUDI Barcelona (E)

AUDI Ingolstadt (D)

VW Wolfsburg (D)

SKODA Mlada Boleslav (CR)

AUDI Györ (H)

VW Anchieta (BR)VW Puebla (MEX)

4 Marken… 17 Standorte…

VW Osnabrück (D)

AUDI Neckarsulm (D)

VW Braunschweig (D)

VW Stupava (SK)Porsche Schwarzenberg (D)Porsche Dubnica (SK)

AUDI Peking (CHN)

…für unsere Kunden

VW Pune (IND)

VW Kassel (D)




Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieAgenda

Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategieBPM Business Process Management

PLM Product Lifecycle Management

PDM Product Data Management

TDM Team Data Management

PPR Product / Process / Ressource Data Backbone

Digitales Projektmanagement in CONNECTOrderGEN Auftragsmanagement

OutGEN Prozesskettengenerator

ScheduleGEN Projektgenerator

Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieZP5A Zählpunkt 5A (Karosserie nach Lack) Strategie

SIMAN Integriertes Simulationsdatenmanagement

CPS Cyberphysisches Produktionssystem

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Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategieBPM – Business Process Management

Schedule ManagementSchedule Timetable zur zeitlichen Steuerung von Beauftragungen im Produktprozess

Task Aufgabe die im Rahmen des Schedule erledigt werden muss

Milestone Meilensteine und Synchronisationspunkte in der Prozesskette

Workflow ManagementWorkflow Workflows u.a. zur Auftragsweitergabe, Statusaufprägung und Fertigmeldung

Engineering Change ManagementIssue Änderungsvorschlägen bis Planungsfreigabe mit Hilfe z.B. von Productviews

SKD Sonderkonstruktionsdatenanforderung bis Beschaffungsfreigabe

Aeko Änderungskonstruktionsanforderung ab Beschaffungsfreigabe

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BPM – Business Process Management




ObjektbeschreibungSehr hohe VerbindlichkeitObjekt-Lebenszyklus

Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategiePLM – Product Lifecycle Management

Lifecycle-Objekte

FK Das Fertigungskonzept vereint alle Konzept beschreibenden Dokumente

BEMI Das Betriebsmittel vereint alle Bemi beschreibenden Dokumente

phyBEMI Das physische Betriebsmittel ist das reale Betriebsmittel zum digitalen BEMI

FT Das Fertigungsteil beschreibt alle bis zum fertigen Teil existierenden Halbzeuge

Teil Das Teil vereint alle Bauteil (Produkt) beschreibenden Dokumente der TE

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PLM – Produktions Lifecycle Management





Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategiePDM – Product Data Management

Ergebnisdokumente

FTM Das Fertigungsteilmodell enthält die 3D Geometrie des Produkthalbzeuges

BM Das Betriebsmittelmodell enthält die 3D Geometrie der Betriebsmittelkonstruktion

PKD Das Prozesskettendokument enthält Office-Dateien oder Bilder

PCAE Das PCAE enthält die FEM-Information für Post- und Ergebnisdaten

PCAM Prozessketten-CAM-Dokument

NC-Datenerstellung / -Bearbeitung

BH Die Betriebsmittelhülle enthält die 3D Hülle der Betriebsmittelkonstruktion

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DatenverwendungIsoliert / standardisiertHohe VerbindlichkeitVersorgung Prozesskette


PDMProduct DataManagement






Datenerstellungparametrisch/assoziativGeringe VerbindlichkeitIntegration CAX-System


Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategieTDM – Team Data Management

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Arbeitsdokumente

TKN Bauteilkonstruktion 2D / 3D Geometrieerstellung

BKN Betriebsmittelkonstruktion 2D / 3D Geometrieerstellung

EWD Entwicklungsdokument Office-Dokumente

ECAE Entwicklungs-CAE-DokumentCFD- , FEM-Absicherung

ECAM Entwicklungs-CAM-DokumentNC-Datenerstellung / -Bearbeitung




TDMTeam Data

Management

CAD

CAE

CAx

Team Share




Realisierungoperative Steuerungtemporäre DatenIntegration Shop-Floor

PlanungPlanungssteuerungKapazitätsplanungControlling





CAD

CAE

CAx

Team Share



Shop-FloorFertigungs Data

Management

ERPEnterprise Ressource

PlanningAuf

trag

Werkstattsteuerung

FEAS

BDE

MDE

PPSProduktionsplanungssteuerung

AbsatzplanungStrategische Planung

Order Auftragungsobjekt

mit Vorgaben-und Ergebnis-

relation

Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategieOrder – Auftragsmanagement / ERP-PDM Kopplung

10

Bea

uftr

agun

g


TDMTeam Data

Management




Auf

trag

Bea

uftr

agun

g

Datenerstellungparametrisch/assoziativGeringe VerbindlichkeitIntegration CAX-System Shopfloor

DataShare



Team Share


Management

Werkstattsteuerung

Auftrags-management

VomEngineering

bis zurRealisierung

Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategieOrder – Auftragsmanagement / Shopfloor-Anbindung

11

Auf

trag

Bea

uftr

agun

g

CAD

CAE

CAx

TDMTeam Data

Management





Planning



FEAS

BDE

MDE







ESB

Ente

rpri

se S

ervi

ce B

us

Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategieConnected by Enterprise Service Bus

12

Auf

trag


Management

Werkstattsteuerung

PLM

BPM


Planning



FEAS

BDE

MDE

Bea

uftr

agun

g

Team Share

CAD

CAE

CAx

TDMTeam Data

Management


PLM

BPM

ShopfloorDataShare

PDM

-Sys

tem

Team

cent

er C

ON

NEC

T

ERP-

Syst

emPS

I-Pe

nta

Wer

kzeu

gbau

ShopfloorDataShare

Auf

trag


Management

Werkstattsteuerung

PLM

BPM


Planning



FEAS

BDE

MDE

Bea

uftr

agun

g

Team Share

CAD

CAE

CAx

TDMTeam Data

Management


PLM

BPM ESB

Ente

rpri

se S

ervi

ce B

us







Auf

trag

Bea

uftr

agun

g

ShopfloorDataShare


Management

Werkstattsteuerung

FEAS

BDE

MDEAuftrags-

management Vom

Engineering bis zur

Realisierung

Auf

trag

Bea

uftr

agun

g


Planning



DatenverwendungIsoliert / standardisiertHohe VerbindlichkeitVersorgung ProzesskettePPR Data Backbone

Digitaler Werkzeugbau InformationsstrategiePPR – Product / Process / Ressource Data Backbone

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BORRessource

BOPProzess

BOMProdukt


Team Share

CAD

CAE

CAx

TDMTeam Data

Management

ErgebnisstrukturenEBOM Engineering Bill Of Material

Produktsicht zur Fahrzeugabsicherung

MBOM Manufacturing Bill Of Material

Produktsicht zur Fertigungsabsicherung

PdBOP Product Bill of Process

Produktsicht der Fertigungsprozesse

PBOP Plant Bill of Process

Fabriksicht der Fertigungsprozesse

TBOR Tool Bill of Resource

Prozessabhängige Betriebsmittel

PBOR Plant Bill of Resource

Prozessunabhängige Infrastruktur




VW Golf Sportsvan Engineering BOM

Struktur

Orientierung an den beteiligten Fahrzeugentwicklungsbereiche

Aufgabe

Digitales Mockup (DMU) des Fahrzeuges

Absicherung der Fahrzeugkonstruktion

Input Fahrzeugfunktionsabsicherung


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EBOM VW379 Golf SportsvanKarosserie mit LackEinbaubereich VorderwagenEinbaubereich BodenEinbaubereich CockpitEinbaubereich FahrgastzelleEinbaubereich TuerenEinbaubereich HeckbereichEinbaubereich Fahrzeug Komplettierung




VW Golf Sportsvan Manufacturing BOM

Struktur

Abbildung der Fertigungsreihenfolge in der Fahrzeugserienfertigung

Aufgabe

DMU der Fertigungszusammenbauten

Absicherung der Fahrzeugfertigung

Input Fahrzeugfertigungsabsicherung


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DeckelHeckklappe

MBOM VW379 Sportsvan

FrontklappeTuerenKarosserie Rohbau

Karosserie mit LackFahrzeugmontage




DeckelHeckklappe

Engineering BOM Manufacturing BOM


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Connection100% Mapping aller Verwendungen zwischen EBOM der Entwicklung und MBOM der Produktion

Sammlung der Änderungsanforderungen (ECR) der Produktion in der MBOM Umsetzung der ECRs der MBOM in der EBOM zu abgestimmten Projektmeilensteinen

EBOM VW379 Sportsvan MBOM VW379 Sportsvan

Frontklappe innenFrontklappe innen

Frontklappe aussen

Frontklappe innenFrontklappe Verstärkung

Frontklappe ScharnierFrontklappeTuerenKarosserie Rohbau

Karosserie mit LackKarosserie mit Lack Fahrzeugmontage

TeilmodellECR - SKD

ECR - SKDTeilmodell

ECR - SKDTeilmodell




Fertigungskonzept Product BOP

Struktur

Abbildung der Fertigungsprozessfolge

Aufgabe

DMU der Fertigungsprozessrelevanten Objekte

Kommunikation der Herstellbarkeit

Eingangsgröße der Betriebsmittelkonstruktion


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Frontklappe innenOperation 20

ziehenFertigungskonzept

PCA Methode OP20

Product BOP VW379 Golf Sportsvan

PresswerkFertigungsprozess Frontklappe innen

Fertigungsteil OP10

Fertigungsteil OP20

Fertigungsteilmodell OP20





Manufacturing BOM Product BOP


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ConnectionVerkettung der Verwendung des Bauteils und des ECR Change Request in die ProductBOPRückverkettung der Fertigungsteilgeometrie (FTM) der Fertigungszuständen in die MBOM

Kommunikation der Herstellbarkeit am Fertigungsprozess

Frontklappe innenFrontklappe innenFrontklappe Verstärkung

Frontklappe ScharnierFrontklappeTuerenKarosserie Rohbau

Karosserie mit Lack

Fertigungsteil OP10

Fertigungsteil OP20



Frontklappe innenOperation 20

ziehen

Fertigungsteil OP10

Fertigungsteil OP20



Fertigungskonzept

PCA Methode OP20


PresswerkFertigungsprozess Frontklappe innen




Betriebsmittel Plant BOP

Struktur

Abbildung der Fertigungsprozesse im Werkkontext

Aufgabe

Fabrik DMU der Fertigung in der Digitalen Fabrik

Kommunikation mit dem Fertigungsstandort


19

Plant Werk WolfsburgHalle 1A

Hallenlayout

Operation 20ziehen

Frontklappe innen

Fertigungsteil OP10

Fertigungsteil OP20

Fertigungskonzept

Fertigungsprozess Frontklappe innen

PresslinienPressenstrassse 300

19




Product BOP Plant BOP


20

ConnectionVerkettung der Fertigungsprozesse mit der Fabrikressource des Fertigungsstandortes

Durchgängige Abbildung der Fertigungsprozesse am Fertigungsstandort, Sicherstellung Fabrik-DMU Kommunikation, Pflege und Wartung aller Fertigungsprozessinformationen durch den Serienbetreiber

Operation 20ziehen

Frontklappe innen

Fertigungsteil OP10

Fertigungsteil OP20

Fertigungskonzept


Herstellung Einzelteil BlechFertigungsprozess Frontklappe innen

Plant Werk Wolfsburg

Halle 1AHallenlayout

Operation 20ziehen

Frontklappe innen

Fertigungsteil OP10

Fertigungsteil OP20

Fertigungskonzept

Fertigungsprozess Frontklappe innen

PresslinienPressenstrassse 300



Siemens Industrie Software GmbHDigital Factory DivisionAxel Stechow 21
















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Digitales Projektmanagement in CONNECTIntegrationsprojekte in bestehende reale & digitale Fertigung

Nutzen kein aufwendiger Hallenscan

keine Anpassungen beim Aufbau

Verkürzung der Integrationsphase

Hohe Anlaufqualität

geometrischer Zwilling

Voraussetzung Aktuelle PlantBOP bis Fabrik EOP

Aktuelle EBOM und MBOM bis Produkt EOP

Integriertes Return of Experience bis Prozess EOP

Verbindliche und zeitlich zum SOP aussteuerbare PlantBOP

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Integrationsprojekte erfordern aktuelle Daten aus dem FertigungsstandortÄnderungen müssen durch die Serienplanung bis Fabrik EOP gepflegt werden




PLMProduct Lifecycle Management

PDMProduct Data Management

Digitales Projektmanagement in CONNECT

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TDMTeam Data Management

BPMBusiness Process Management

Plant BOPPresswerk

Factory BORHalle 1a Wolfsburg(Area)

PLant BORHalle 1a Wolfsburg(Area)

PPR – Product / Process / Ressource Data Backbone




Integration eines Fahrzeugderivates in eine bestehende Fertigung

Tem

plat

e

recipe

Digitales Projektmanagement in CONNECTeBOP – Enterprise Bill of Process Concept

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EBOM MBOM

Fügefolge

Plant BOP

UB Ausschweißvorrichtung

Karosseriebau WOB

Schweißzange

Einzelteil 1

Einzeltei 2

Product BOPZusammenbau

Schweißzange

Einzelteil 1

Einzelteil 2

EBOM

VW370

VW376MBOM

recipe

Tem

plat

e

Change

UB Ausschweißvorrichtung

SchweißzangeEinzelteil 1

Einzelteil 2

Product BOPZusammenbau

SchweißzangeEinzelteil 1

Einzelteil 2Fügefolge

Werk

Werk

VW370 + VW376






Digitales Projektmanagement in CONNECTOrderGEN – Auftragsmanagement

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OrderGen

Teil

Fertigungskonzept

Bemi PCAM

eWI

phyBemi phyTeil

EBOM MBOM

Product BOPWerkzeugbau

Plant BOPPresswerk







OrderGEN – Auftragsmanagement „…jeder Werkzeugbauer hat seinen Auftrag!“

Auftragsobjekt

mit verbindlichen Inputobjekten

mit vorversorgten Ergebnisobjekten

Auftragsmanagement

durch verkettete Auftragsobjekte

redundanzfreie Ergebnisobjekte

Projektsteuerung

Beauftragung durch Workflows

durch Kopplung ans ERP-System

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Vorgaben Ergebnis

Auftrag

TeilFertigungs-konzept

Bemi phyBemi

BM BMBMTM

Fertigungskonzept

Konstruktion OP20

Presswerkzeug OP30

Neubau OP20

Methode Konstruktion Bemi.-Nebau

Werksauftrag

Fertigungsauftrag

Werksauftrag

FertigungsauftragBea

uftr

agun

g

Auf

trag







Plant BOP

Digitales Projektmanagement in CONNECTOutGEN – Prozesskettengenerator

29

OrderGen

EBOM

Product BOP

MBOMWerkzeugbau Presswerk




Teil

Fertigungskonzept

Bemi PCAM

eWI

phyBemi phyTeil


OutGen




OutGEN – Prozesskettengenerator„…jeder Werkzeugbauer hat einen Kunden!“

Prozesskette (Process Chain)

Abgestimmte Synchronisationspunkte

KPR-Methodik mit Input und Output

Prozesskettenadapter (PCA)

Abgestimmte Inhalte in der Prozesskette

Automatisierte Erstellung (OutGen)

Digitale Mockup Part (DMU)

Abgestimmt Inhalte für Fabrik-DMU

Automatisierte Erstellung (OutGen)

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Konstruktions-Produkt

InputGeo

Output

Konzept

Konstruktion

PCA PCA

Sync Sync Sync

Produktion

DMU

Lieferant KundePCA

OutGen

InputGeo

DigiWzb DF

DMU

Pressenstufe

Werk Wolfsburg

umformen

DMU

Platine







Plant BOP

Digitales Projektmanagement in CONNECTScheduleGEN – Projektgenerator

32

OrderGen

EBOM

Product BOP


Factory BORHalle 1q Wolfsburg(Area)



Teil

Fertigungskonzept

Bemi PCAM

eWI

phyBemi phyTeil


OutGen

Herstellbarkeit

Fertigungskonzept

Arbeitsvorbereitung Einarbeitung

CNC- Bearbeitung

Bemi-Konstruktion Werkzeugmontage

ScheduleGen

tt




ScheduleGEN – Projektgenerator„…jeder Auftrag hat ein Anfang und ein Ende!“

Schedule

Start und Endtermin

Zuordnung Ressourcen

Auftragsmanagement

Zuordnung Auftrag

Reifegrad und Status

Integration Produktprozess

Integration in den PEP & BEP

Meilensteinfreigaben

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Bemi-Konstruktion Werkzeugsatz

Op20

Op30Op50

Op40

Op60

Op70

Teil Fertigungskonzept Bemi

Fertigungskonzept

Bemi-Konstruktion Werkzeugsatz

Projektsteuerer

Wkzg-Konstr 1

Wkzg-Konstr 2

PEP

BEP

Durchlaufplan DLP Planer







Plant BOP

Digitales Projektmanagement in CONNECT

35

OrderGen

EBOM

Product BOP





Teil

Fertigungskonzept

Bemi PCAM

eWI

phyBemi phyTeil


OutGen

Herstellbarkeit

Fertigungskonzept

Arbeitsvorbereitung Einarbeitung

Bemi-Konstruktion

ScheduleGen

t

CNC- Bearbeitung

Werkzeugmontage
















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Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieZP5A – Zählpunkt 5A (Karosserie nach Lack) Strategie

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Karosserie nach Lack (Zählpunkt 5A)Plattform MQB – Modularer Querbaukasten- Berücksichtigung Übernahmeteile- Integration Hüte in bestehende Anlagen

Karosserie RohbauWarmumform – Bauteile- Materialmix im Lightweight Body

CAD - Konstruktion Plattform Strategie

ZP5A Karosserie nach Lack Light Car Body

Am Zählpunkt 5A (Karosserie nach Lack) wird die CAD 0 Geometrie erreichtFertigungseinflüße werden innerhalb der Prozesskette kompensiert



Siemens Industrie Software GmbHDigital Factory DivisionAxel Stechow 38

Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieSIMAN – Integriertes Simulationsdatenmanagement

CADKonzept

CADEinzelteil

CAD

Analysis

FEMAnalysis

Platine

FEMResult

Konzept

Fügepunkte

Baugruppe

ECREinzelteil

CAD

CAD

FEMAnalysis

FEMAnalysis

FEMAnalysis

FEMResults

Konzept

Karosserie

CAD

FEMResults

FEMAnalysis

FEMAnalysis

Simulation aufbauenUmformhistorie mappenSchweissverzug berechnenSimulation aufbauenUmformung berechnen

CAD

kompensieren

ECRBaugruppe

kompensieren

mappenmappen

Simulation aufbauenFertigungshistorie mappenTrocknung berechnen

Presswerk Karosseriebau Lackiererei

schweißenumformen trocknen




Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieSIMAN – Integriertes Simulationsdatenmanagement

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Prozess – Plant BOP

Produkt – EBOM

Prozess – Prod BOP

Produkt – MBOM

ZP5A

Str

ateg

ieZP

5A S

trat

egie

kompensieren

mappen mappen

kompensieren




Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieCPS – Cyberphysisches Produktionssystem in CONNECT

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Baugruppe

Steuerung Steuerung

CADKonzept

CADEinzelteil

CAD

Analysis

FEMAnalysis

Platine

FEMResult

Konzept

Fügepunkte

ECREinzelteil

CAD

CAD

FEMAnalysis

FEMAnalysis

FEMAnalysis

FEMResults

Konzept

Karosserie

CAD

FEMResults

FEMAnalysis

FEMAnalysis

CAD

kompensieren

ECRBaugruppe

kompensieren

mappenmappen

Presswerkvirtuell Karosseriebauvirtuell Lackierereivirtuell

schweißenumformen trocknen

Presswerkreal Karosseriebaureal Lackierereireal

Mess Mess

kompensieren kompensieren Steuerungmessen messen

Ermittelte Geometrieabweichungen (Chargen-/Prozessschwankungen) können durch Maßnahmen im Folgeprozess zum ZP5A kompensiert werden




Digitaler Zwilling in der virtuellen NullserieCPS – Cyberphysisches Produktionssystem in CONNECT

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Ermittelte Geometrieabweichungen (Chargen-/Prozessschwankungen) können durch Maßnahmen im Folgeprozess zum ZP5A kompensiert werden

Nutzen Intelligente Produktionsanlagen

Cyberphysical compensation

Predictive Maintenance 4.0

Virtual / Augmented Reality unterstütztes Training

vollständiger digitaler & physikalischer Zwilling

Voraussetzung+ Integration kinematisches CAD-Modell

+ Integration physikalisches CAE-Modell

+ Integration Prozess- & Anlagensteuerung

+ Integration Qualitätssicherung




Virtuelle Null-Serie in der digitalen Produktion…

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...digitaler Zwilling in der realen Produktion!

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