Digitaler Zwilling

Bosch Rexroth und das Hydraulikaggregat CytroPac

Wie passt IoT in den Produktlebenszyklus eines realen Produkts? Anhand eines Produktbeispiels von Bosch Rexroth zeigt PTC, wie ein vernetztes Produkt die Grundlage für die eigene Überarbeitung bietet und dazu beiträgt, neue Marktsegmente zu definieren und auch eine bessere Verbindung zwischen Hersteller und Kunden zu schaffen.

Screenshot des CAD-Modells der Kühlplatte des CytroPacs im alten und neuen Design.

In seiner Keynote auf der LiveWorx17 machte Jim Heppelmann, CEO bei PTC, deutlich, wie nah sich die physikalischen Objekte und ihre digitalen Zwillinge inzwischen gekommen sind, und erklärte das IoT zur nächsten Generation des Product Lifecycle Management (PLM). Physikalische Daten werden durch IoT in die digitale Welt transportiert. Durch die Wahrnehmung und die darauf basierten Entscheidungen von Menschen bringt die Augmented Reality im Gegenzug digitale Informationen zurück in die physikalische Welt. CAD und PLM sind die Vermittler, die diese beiden Gebiete zusammenhalten.

Was Heppelmann damit meint, soll ein Blick in den Entwicklungsprozess des netzwerkgestützten „Plug & Run“-Hydraulikaggregats CytroPac zeigen, das Bosch Rexroth vor kurzem auf den Markt gebracht hat. Mit PTC Creo konnte Bosch Rexroth Motor, Pumpe, Tank, Kühlsystem und Steuerung in einer kompakten Bauweise verpacken. Des Weiteren wurde der CytroPac von vornherein als intelligentes, vernetztes Produkt entwickelt und mit Sensoren für Druck, Temperatur, Füllstand, Verschmutzungsgrad und Volumenstrom ausgestattet. Die für die Digitalisierung zuständige Abteilung bei Bosch Rexroth hat passend dazu eine App entwickelt, die sich per Plug-in mit ThingWorx Navigate verbindet. Damit konnten die Techniker von Bosch Rexroth fortan nicht nur die Vitaldaten von sich im Kundeneinsatz befindlichen Geräten überwachen, sondern auch Nutzungsmuster und Möglichkeiten zur Optimierung erkennen. Daten und Werte, die vor der IoT-Konnektivität nicht vorlagen und höchstens über Simulationen erahnt werden konnten.

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Anhand der nun vorliegenden Felddaten konnte eine bestimmte Gruppe an CytroPacs identifiziert werden, die am Rande der zulässigen Temperaturobergrenze arbeitete. Die Entwickler waren zunächst überrascht, dass solch ein Nutzungsprofil außerhalb des Entwurfsparameterbereichs zu sehen war. Diese Betriebssituation könnte jedoch zu einem Problem für diese besondere Kundengruppe werden. Gleichzeitig bot sie Bosch Rexroth die Chance, den CytroPac zu optimieren, um in diesem potenziell neuen Marktsegment zuverlässig zu funktionieren. Die Frage lautete jedoch, wie die Konstruktion verändert werden muss, um diese neue Anforderung zu erfüllen.

Optimierung am digitalen Zwilling

Die Ingenieure fanden im ThingWorx Marketplace die Valu-Analytics-App von PTC-Partner Kalypso. Mithilfe dieser App war das Entwicklungsteam in der Lage, die Funktionalität für maschinenlernende Vorhersagen in ThingWorx zu nutzen. Darüber hinaus wurde die physikbasierte Simulation Simulink von Mathworks eingesetzt. Damit standen zwei verschiedene Techniken zur Verfügung, um festzustellen, welche Verbesserungen am CytroPac notwendig waren, um dem neuen Nutzungsprofil zu entsprechen. Mithilfe des modellbasierten digitalen Zwillings modellierten die Entwickler, wie unterschiedliche Grade an Kühlungseffizienz die Leistung unter den jeweiligen Bedingungen beeinflussen. Beide Analysearten führten zu dem Resultat, dass die Effizienzsteigerung mindestens 30 Prozent betragen müsse, um eine adäquate Leistung zu erbringen.

Das Hydraulik-Aggregat CytroPac unterstützt dank vernetzbarer Hydraulik das Condition Monitoring und die vorausschauende Wartung.

Diese Anforderung war für die Ingenieure eine echte Herausforderung, schließlich musste die Kühlungseffizienz derartig gesteigert und trotzdem die Größengrenzen eingehalten werden. Stand vor der Optimierung war, dass der CytroPac mithilfe einer Blechplatte mit drei gebogenen, wassertransportierenden Stahlrohren gekühlt wird. Dabei ist der Grad der Kühlung durch den Fertigungsprozess begrenzt. Die Ingenieure führten eine thermische Analyse der Kühlplatte mithilfe von Creo Simulate durch und stellten fest, dass sie mit der bestehenden Konstruktion nicht in der Lage waren, mehr Hitze abzuführen. Sie kamen zu dem Schluss, dass additiver 3D-Druck einige der Fertigungsprobleme adressieren könne: Die Ingenieure erstellten den Prototyp eines neuen Kühlungsweges, der alle drei wesentlichen Wärmequellen abdeckte. Eine vergleichende thermische Analyse zeigte, dass bei der Kühlungseffizienz eine Steigerung um 43 Prozent erreicht wurde, während bei der Kühleinheit gleichzeitig 66 Prozent an Gewicht eingespart wurden.

Die Produktentwicklung ist nicht der einzige Bereich, der von der Verschmelzung von physikalischer und digitaler Welt profitiert. Sie spielt ebenfalls eine Rolle für Vertrieb und Kundensupport. Ein Beispiel ist die „Sales Recommendation Engine“, eine Lösung zur Generierung von Empfehlungen für Kunden. Sie basiert auf den Daten aus dem Einsatz des CytroPacs sowie den Kunden- und Vertriebsdaten aus Salesforce und nutzt darüber hinaus maschinelles Lernen, um für das Vertriebsteam Up- und Cross-Selling-Optionen bereitzustellen. Wird zum Beispiel festgestellt, dass ein Gerät über mehrere Stunden im Einsatz ist und dabei im kritischen Temperaturbereich arbeitet, könnte ein größeres oder leistungsstärkeres Aggregat möglicherweise besser für die Bedürfnisse des Kunden passen. Werden einzelne Hydraulikaggregate beim Kunden ungewöhnlich lange eingesetzt, macht womöglich ein zusätzliches Gerät mehr Sinn für den Kunden. Mit diesem Wissen und proaktiven Angeboten sorgt das Vertriebsteam für einen besseren Kundenservice und mehr Kundenzufriedenheit. Ein weiteres Beispiel der Analyseergebnisse ist die Entscheidung, ob sich für einen Kunden ein Power-as-a-Service-Angebot eher lohnen könnte als der reine Kauf der Aggregate.

Intelligent und vernetzt vom Anfang bis zum Ende

Das Beispiel CytroPac von Bosch Rexroth macht den gesamten Produktlebenszyklus eines intelligenten, vernetzten Produkts vollständig sichtbar, vom ersten Design über Produktion, Auslieferung, Nutzung bis hin zu Wartung, Änderung und Austausch. Der Einsatz dieser Technologie muss aber nicht erst zwangsläufig in ausschließlich neuen Produkten erfolgen. Bereits im Feld aktive Maschinen und Geräte können ebenfalls mit einem Set an Sensoren, etwa für Temperatur oder Vibrationen, ausgestattet werden. Dabei sind wir auf diesem Feld erst am Anfang der Entwicklung. Es ist davon auszugehen, das vor allem IoT-Technologien zahlreiche weitere Anwendungsfälle zu Tage fördern werden, die dann mit den Möglichkeiten der erweiterten Realität verstärkt Einzug in unseren (visuellen) Alltag halten werden, sowohl für den Geschäfts- als auch den Privatbereich. Bestimmte Nutzungsmuster, wie wir sie heute kennen, wird es in einigen Jahren vielleicht nicht mehr geben, zum Beispiel seitenlange Bedienungsanleitungen, langweilige Produktbroschüren und -präsentationen oder der gewohnte Umgang mit der Haushaltselektronik. cs

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