Moritz Glatt

• Cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) ermöglichen die Herstellung kundenindividueller Produkte in kleinen Losgrößen durch Nutzung aktueller Entwicklungen der Informations- und Kommunikationstechnologien. Im Materialfluss in CPPS ist jedoch aufgrund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften der Fördergüter und dynamischer Prozesszuweisungen die Gefahr physikalisch bedingter Störungen erhöht. Diese Arbeit untersucht die Nutzung von Physiksimulation als Basis eines Digitalen Zwillings von Fördermitteln, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Das Ziel besteht darin, durch die Simulation der physikalischen Phänomene einzelner Materialflussprozesse die negativen Einflüsse von Störungen zu verringern und somit die Leistungsfähigkeit des Produktionssystems zu erhöhen. Hierzu findet zunächst eine konzeptionelle Entwicklung des Digitalen Zwillings statt, die eine Analyse der beteiligten Systeme, eine Anforderungsdefinition, eine Festlegung von Aufbau- und Ablaufstruktur, sowie eine Formalisierung der einzelnen Funktionsbestandteile umfasst. Im Anschluss wird der Digitale Zwilling softwaretechnisch implementiert, mit einem exemplarischen Fördermittel vernetzt und prototypisch in Betrieb genommen. Die Ergebnisse zeigen die Eignung der Physiksimulation für den beschriebenen Zweck und die Wirksamkeit des Einsatzes auf Produktionssystemebene, indem Materialflussprozesse beschleunigt durchgeführt, überwacht und im Falle von Störungen nachträglich simulativ untersucht werden können.
• Cyber-physical production systems (CPPS) enable the manufacture of customized products in small batches by using the latest developments from information and communication technologies. However, CPPS lead to challenges in material handling due to different physical properties of conveyed goods and dynamic process assignments, which increases the risk of physically induced disturbances. This thesis explores the use of physics simulation as the foundation of a digital twin of material handling systems to address these challenges. The goal is to reduce the negative impact of disturbances by simulating the physical phenomena of individual material handling processes, thereby increasing the performance of the production system. For this purpose, the conceptual development of the digital twin is performed, which includes an analysis of the systems involved, a definition of requirements, a determination of the structure and the interactions within the digital twin, as well as a formalization of the individual functional modules. The digital twin is then implemented in software, connected with an exemplary material handling system, and put into operation as a prototype. Validation results show the suitability of physics simulation for the purpose described. Moreover, the approach's effectiveness in enhancing production system performance becomes evident through its ability to predict, monitor, and evaluate material flow processes, especially in the presence of disturbances.