Entwicklung virtueller Produktionssysteme in der Batteriezellfertigung zur prozessübergreifenden Produktionssteuerung

Der Aufbau eines virtuellen Abbilds einer Batteriezellfertigung ist motiviert durch das Ziel, komplexe Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zu quantifizieren und über dieses Verständnis eine Steigerung der Produktivität sowie einen effizienteren Maschinen- und Anlagenbetrieb zu erzielen. In einem virtuellen Produktionssystem (VPS) können Optimierungsansätze im virtuellen Raum realitätsnah und risikoarm erprobt werden. Erweisen sich die entwickelten Lösungen als robust, kann anschließend die Umsetzung in den realen Prozessen, Maschinen und Anlagen erfolgen. Unter Berücksichtigung dieser Motivation sollen im Projekt „ViPro“ im Wesentlichen zwei Probleme adressiert werden. Erstens sind die bisher entwickelten Modelle für die Prozesse einer Batteriezellfertigung vielfach heterogen und bieten keine Schnittstelle zur einheitlichen Nutzung von Steuerungs-, Prozess-, Maschinen- und Anlagendaten. Zweitens gibt es bis heute keinen Ansatz, wie das an unterschiedlichen Standorten vorhandene Prozesswissen standortübergreifend zur Qualitätssteigerung der Modelle erschlossen werden kann.

Zur Zielerreichung sollen insbesondere folgende Teilaspekte entwickelt werden: ein virtuelles Produktionssystem auf Basis anpassungsfähiger und verknüpfbarer Prozess-, Maschinen- und Anlagenmodelle mit standardisierten semantischen Beschreibungen sowie Schnittstellen zur Kommunikation und zum Austausch von Daten mit realen Maschinen und Anlagen. Zudem wird eine Vernetzung zwischen realem und virtuellem Produktionssystem unter Nutzung echtzeitnaher Kommunikationsstandards als Grundlage für die Entwicklung adaptiver, selbstlernender und prozessübergreifender Steuerungskonzepte entwickelt. Zur Verknüpfung, Überwachung und Auswertung der Einzelmodelle wird ein intelligentes Betriebsleitsystem ausgearbeitet und prototypisch umgesetzt. Auf dieser Ebene werden prozessübergreifende Steuerungskonzepte erprobt und für die Rückkopplung der Ergebnisse an die realen Maschinen und Anlagen vorbereitet. Ein virtuelles Produktionssystem wird an den einzelnen Standorten für die Prozesse Beschichtung (ZSW), Assemblierung (wbk), Elektrolytbefüllung (IWF) und Formierung (IPA) partiell implementiert und anschließend mit dem intelligenten Betriebsleitsystem in einer Plattform vernetzt.

Im Forschungsprojekt ViPro wird ein System zur prozessübergreifenden Steuerung konzipiert und die kommunikationstechnische Machbarkeit untersucht. Ziel eines solchen virtuellen Abbilds einer Batteriezellfertigung ist es, komplexe Ursache-Wirkung-Zusammenhänge zu quantifizieren und über dieses Verständnis eine Steigerung der Produktivität sowie einen effizienteren Maschinen- und Anlagenbetrieb zu erzielen. Optimierungsansätze im virtuellen Raum können realitätsnah und risikoarm erprobt werden. Ziel des Projekts ist zudem der Aufbau eines virtuellen Produktionssystems auf Basis standardisierter Modelle und die Erschließung standortübergreifender Datenpools entlang der Prozesskette einer Batteriezellfertigung. Zur einheitlichen Nutzung von Steuerungs-, Prozess-, Maschinen- und Anlagendaten werden dazu Möglichkeiten zur Standardisierung der notwendigen Kommunikationsschnittstellen sowie von Anlagenmodellen entwickelt und erprobt. Die Entwicklung eines virtuellen Produktionssystems erfolgt auf Basis anpassungsfähiger und verknüpfbarer Prozess-, Maschinen- und Anlagenmodelle mit standardisierten semantischen Beschreibungen sowie Schnittstellen zur Kommunikation und zum Austausch von Daten mit realen Maschinen und Anlagen. Der Aufbau und die Erprobung einer Vernetzung zwischen realem und virtuellem Produktionssystem unter Nutzung echtzeitnaher Kommunikationsstandards bildet die Grundlage für die Entwicklung adaptiver, selbstlernender Steuerungskonzepte. Auf der Ebene des Betriebsleitsystems werden prozessübergreifende Steuerungskonzepte erprobt und für die Rückkopplung der Ergebnisse an die realen Maschinen und Anlagen vorbereitet.