ESCOM
Ausbalancierte Edge-Cloud-Umgebungen für souveräne Komponenten-Service-Systeme in Produktionsanwendungen
| Kurzbeschreibung |
| ESCOM entwickelt für das produzierende Gewerbe eine Edge-Cloud-Plattform, die Maschinenanwendern in Form von digitalen Diensten einen anbieterunabhängigen Zugang zu wichtigen Maschinenkomponenten – wie etwa Motorspindeln oder Getrieben – und dem oft sehr spezifischen Know-how ihrer Hersteller zu Einsatz und Betrieb bietet. |
ESCOM entwickelt einen gemeinsamen Edge-Cloud-Datenraum für Maschinenendanwender und Komponentenhersteller für Maschinen des produzierenden Gewerbes. Durch diese Edge-Cloud-Umgebung soll der Ressourcenverbrauch der Gesamtanlage reduziert und gleichzeitig die Maschinenverfügbarkeit erhöht werden. Darüber hinaus können Datensicher und souverän ausgetauscht werden. Da ESCOM auf offen verfügbare und weitgehend standardisierte digitale Technologien setzt, fördert es den anbieterunabhängigen Austausch zwischen Herstellern und Endanbietern und damit die Entwicklung nachfrageorientierter Innovationen. Komponentenherstellern bietet sich mit dem Edge-Cloud-Datenraum zugleich die Möglichkeit, neben Endanwendern auch Maschinenhersteller in digitale Geschäftsmodelle einer souveränen, nicht systemgebundenen, Edge Datenwirtschaft, einzubeziehen.
Marktperspektive und Produktversprechen
Edge-Cloud-Umgebungen bieten ein enormes Potenzial für die Entfaltung neuer Geschäftsmodelle, insbesondere in der produzierenden Industrie. Am Rand des Netzwerks, auf dem Shopfloor, fallen große Datenmengen an, die unter hohen Zeitanforderungen zu Informationen dezentral und verteilt verarbeitet werden müssen und unmittelbar einen Mehrwert für die Produktion liefern. Maschinenkomponenten sind wichtige Datenlieferanten, da sie in Prozessnähe verbaut sind. Mithilfe von Mikroelektronik und Sensorik liefern sie wertvolle Informationen nicht nur zum Zustand der Komponente selbst, sondern auch zum Prozess und ermöglichen Kosteneinsparungen durch höhere Prozessstabilität oder Reduzierung der Emissionen durch ressourcenschonende Nutzung.
Die breite Anwendung von Komponenten-Service-Systemen in offenen, souveränen Edge-Cloud-Umgebungen eröffnet Komponentenherstellern und Maschinenherstellern die Möglichkeit, mit bedarfsorientierten Innovationen neue Marktpotenziale zu erschließen. ESCOM stärkt so die Innovationskraft der europäischen Industrie sowie Infrastrukturanbieter und trägt zur Rückverlagerung globaler Produktionskapazitäten nach Europa bei.
Herausforderung und Innovation
Zentrale Herausforderung des Projekts ist die Entwicklung von digitalen Services in einem offenen Daten-Service-Ökosystem, das einen souveränen Zugang zu Daten wichtiger Maschinenkomponenten ermöglicht. Voraussetzung ist die Integration von Mikroelektronik und Sensorik in Maschinenkomponenten, um wertvolle Informationen über den Zustand der Komponenten und den Produktionsprozess liefern zu können. Zur Umsetzung der Services wird in ESCOM das Know-how über die Komponentenauslegung, das in Form von Simulationsmodellen vorliegt, mittels künstlicher Intelligenz (KI) in Services überführt. Die Simulationsmodelle beschreiben die Komponenten in ihrem Gesamtverhalten und bilden deren Einflüsse auf die Prozessqualität (Prescriptive Quality) und den Abnutzungsgrad der Komponente (Predictive Maintenance) ab.
Die Komplexität der Simulationsmodelle sowie deren zeitaufwendige Berechnung durch KI-gestützte Modellreduktionsverfahren in der Cloud werden durch die Lösungen von ESCOM in Services übertragen, die auf der Edge-Ebene ausgeführt werden.
Um dabei einen sicheren und souveränen Datenaustausch zu gewährleisten, greift das Projekt auf Standards und Open Source Software zurück. Basis dafür ist die Dateninfrastruktur nach GAIA-X. Sie wird den Austausch smarter Serviceangebote der Komponentenhersteller über die Produkt-Service-Repräsentation nach dem Konzept der Verwaltungsschale (VWS) der Plattform Industrie 4.0 ermöglichen. Die physischen Komponenten werden dabei durch sogenannte digitale Zwillinge virtuell abgebildet.
Use Cases
Die Bereitstellung von Know-how-Dienstleistungen für Maschinenkomponenten wird im Projekt anhand zweier Use Cases entwickelt, erprobt und evaluiert. Im ersten Anwendungsfall wird für Motorspindeln ein digitales Typenschild erstellt, das den Maschinenanwendern einen Service zur Inbetriebnahme bietet. Darüber hinaus sollen Echtzeit-KI-Dienste für die effiziente Nutzung der Motorspindeln entwickelt werden. Diese können problematische Betriebsdrehzahlen, unausgeglichene Werkzeugsysteme und Spalten erkennen, indem sie Echtzeitdaten von Vibration-, Verlagerungs- und Temperatursensoren mit Maschinensteuerungsdaten kombinieren.
Der zweite Use Case verfolgt das Ziel, den Einsatz von Kugelgewindegetriebe in Werkzeugmaschinen in einem digitalen Geschäftsmodell zu vermarkten. Maschinenanwender kaufen dabei die Kugelgewindegetriebe nicht zu einem festen Preis, sondern erwerben sie über Maschinen-Leasingraten mit einem flexiblen Anteil, der sich an der Belastung der Komponente im Betrieb richtet. Zur Ermittlung dieses flexiblen Anteils wird KI-basiert die Abnutzung des Kugelgewindegetriebes ermittelt. Maschinenanwender profitieren von den so reduzierten Investitionskosten und transparenten Prozesskosten. Der Komponentenhersteller kann auf diese die Kugelgewindegetriebe hinsichtlich ihres Schmiermittelverbrauchs und der Instandhaltung optimieren und seine Wettbewerbsfähigkeit verbessern. Durch eine Miniaturisierung der Sensorik soll künftig eine Integration in möglichst viele Modelle ermöglicht werden.
Konsortium
Berger Holding GmbH & Co. KG, GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co.KG, CONTACT Software GmbH, Datarella GmbH, Tvarit GmbH, Institut für Automation und Kommunikation e.V., Technische Universität Darmstadt
Vorteile
| Heute | In Zukunft |
| Bisherige Plattformen der produzierenden Industrie schaffen für Anwendende Lock-in-Effekte. | ESCOM ermöglicht einen anbieterunabhängigen Zugang für Maschinenanwender zu Know-how-Angeboten von Komponentenherstellern in Form digitaler Dienste für den Einsatz in Edge-Cloud-Umgebungen. |
| Innovationen entstehen mehrheitlich aus angebotsorientierter Marktperspektive. | ESCOM ermöglicht bedarfsgerechte Innovationen durch die Kollaboration von Herstellern und Anwendern in einem gemeinsamen Datenraum. |
| Die Verwaltungsschale (VWS) der Plattform Industrie wird bislang noch nicht verwendet, um Datensouveränität zu gewährleisten. | ESCOM bringt Erfahrungen aus anderen Projekten zur Sicherung der Datensouveränität ein, insbesondere aus den Bereichen Distributed Ledger Technology, Blockchain und Smart Contracts und überträgt diese für den datensouveränen Einsatz der VWS. Die VWS wird damit nutzbar für den europäischen Datenraum der produzierenden Industrie (European Manufacturing Data Space). |
| Resilienzmechanismen für eine adaptive, reaktionsfähige Produktion aufzubauen erfordert enorme Aufwände, da dafür unternehmensinterne und -externe Informationen zusammengeführt werden müssen. | Mit ESCOM lassen sich künftig Resilienzmechanismen für die adaptive, reaktionsfähige Produktion auf der Basis von unternehmensübergreifendem Informationsaustausch über offene Daten-Service-Ökosysteme gestalten und orchestrieren – und zwar von der Edge-Ebene auf dem Shopfloor über die Produktionssteuerung und -planung bis in die Cloud. |
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