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Der digitale Zwilling für die schnelle und präzise Fertigung von Betonmodulen

Antragsteller

Prof. Dr.-Ing. Markus König Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Gerhard Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Digital Engineering

Bearbeiter

Oliver Vogt, M.Sc. Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Digital Engineering

Simon Kosse, M.Sc. Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen

Projektbeschreibung

Das Projekt „Der digitale Zwilling für die schnelle und präzise Fertigung von Betonmodulen“ beschäftigt sich im Kern damit, eine vollständige, konsistente und aktuelle Modellrepräsentation über die verschiedenen Phasen und Teilaspekte des BIM-Prozesses zu erstellen. BIM (Building Information Modeling) wird dabei als Informationsmanagementmethode für Bauprojekte, die auf der konsequenten Verwendung digitaler Modelle über den gesamten Bauwerks-Lebenszyklus basiert, verstanden [1]. Diese Durchgängigkeit ist essentiell wichtig für eine effiziente Gesamtprozesskette im Sinne einer industrialisierten Herstellung in Anlehnung an Industrie 4.0 Konzepte und CPPS (Cyber-Physische Produktionssysteme) [2] aus dem Maschinenbau. Der Digitale Zwilling [3] als digitale Abbildung in Echtzeit von Produkt, Prozess und Ressourcen fungiert letztlich als Drehscheibe für alle Datenanalyse- und Visualisierungswerkzeuge sowie für die Steuerung von industriellen Fertigungslinien.
Das Arbeitsprogramm umfasst zunächst die Erarbeitung von Ontologien für verschiedene Aspekte des Gesamtprozesses für Module aus frei formbaren Hochleistungswerkstoffen, insbesondere Konstruktion, Funktion, Produktion, Qualität, Lebensdauer und Recyclingfähigkeit. Für einen agilen und adaptiven Prozess ist ein durchgängiges Management der Anforderungen im Sinne von Smart Engineering mit entsprechender Nachverfolgbarkeit erforderlich. Dazu wird die formale Beschreibung von Toleranzen und domänenspezifischen Qualitätsmerkmalen und die Entwicklung von Regelsprachen für die automatische Prüfung (Tracking and Tracing) erforscht. Ein wesentliches Arbeitspaket ist die Entwicklung der Verwaltungsschale entsprechend RAMI 4.0 [4] und Interaktionsmodelle, insbesondere Integration von bestehenden Datenmodellen des Bauwesens mit der Verwaltungsschale, um eine ganzheitliche Sicht auf die Planung und Produktion eines Bauwerks zu ermöglichen und die Entwicklung von Mensch-Maschine- und Maschine-Maschine-Kommunikation inklusive semantischer Anfragesprachen für den Informationsaustausch. Am Ende des Projekts werden dann basierend auf den Vorarbeiten grundsätzliche Konzepte zur Visualisierung und Navigation des digitalen Zwillings und seiner Interaktionen erarbeitet, wobei Technologien aus dem Bereich von Virtual und Augmented Reality für die Mensch-Maschine-Interaktion zum Einsatz kommen. Die Evaluierung der erarbeiteten bzw. prototypisch implementierten Methoden und Modelle im Rahmen des Schwerpunktprogramms 2187 bildet den Abschluss des Projekts.

Poster zu den Projektinhalten

Abbildung 1: Arbeitsprogramm und Methoden
Abbildung 1: Arbeitsprogramm und Methoden

Veröffentlichungen

2022

[6] Kosse, S.; Vogt, O.; Wolf, M.; König, M.; Gerhard, D.
Digitaler Zwilling für die automatisierte Produktion von Betonfertigteilen
Bautechnik 99 (6), 2022, accepted Paper

[5] Kosse, S., Vogt, O, Wolf, M., König, M., and Gerhard, D.
Digital Twin Framework for Enabling Serial Construction
Frontiers in Built Environment (2022), DOI: 10.3389/fbuil.2022.864722, https://doi.org/10.3389/fbuil.2022.864722

2021

[4] Wolf, M.; Vogt, O.; Huxoll, J.; Gerhard, D.; Kosse, S.; König, M.
Lifecycle oriented digital twin approach for prefabricated concrete modules
ECPPM 2021 – Ework and EBuisness in Architecture, Engineering and Construction, 2021, pp. 305-312. (https://doi.org/10.1201/9781003191476-42)

2020

[3] Gerhard, D.; Wolf, M.; Huxoll, J.; Vogt, O.
Digital Twin Representations of Concrete Modules in an Interdisciplinary Context of Construction and Manufacturing Industry.
PLM 2020: Product Lifecycle Management Enabling Smart X, pp 101–115 https://doi.org/10.1007/978-3-030-62807-9_9

[2]    König, M.; Gerhard, D.
Der digitale Zwilling für die schnelle und präzise Fertigung von Betonmodulen.
In: BetonWerk International Nr. 6, 2020, S. 24-26
Link zum Artikel

[1]    Gerhard, D.; Neges, M.; Wolf, M.
Übertragung vom Konzept des Digitalen Zwillings auf die Produktion von Betonfertigteilen in der Bauindustrie.
ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, Sonderausgabe 2020, S.58-61

Abschlussarbeiten

2022

[1] Saptas, M.
The digital twin in design, planning and production of precast concrete elements
Masterarbeit, Ruhr Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Massivbau und Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen, Betreuer: Forman, P., Kosse, S.
Voraussichtliche Abgabe: 09.05.22