Die Virtuelle Klemmleiste – ein Ansatz zur Integration der Verhaltenslogik in den Digitalen Zwilling

Die Vision eines Digitalen Zwillings beschreibt ein durchgängiges Abbild eines Systems, welches in diversen Anwendungsfällen als virtuelle Repräsentation eingesetzt werden kann und in einer bidirektionalen Verbindung mit dem Physischen Zwilling steht. Der Digitale Zwilling soll dabei Eigenschaften der Physischen Zwillings abbilden. Zu den wesentlichen Eigenschaften eines mechatronischen bzw. Cyber-Physischen Systems gehört auch das inhärente Verhalten, welches auf der individuellen Verhaltenslogik des Systems basiert. Die Verhaltenslogik wird durch die eingebettete Software und Elektronik implementiert. Die Integration der originalgetreuen Verhaltenslogik, welche aus der Elektronik und der eingebetteten Software des Physischen Zwillings hervorgeht, ist wissenschaftlich bisher nicht durchdrungen. Aus dieser Forschungslücke leitet sich die Zielsetzung der Dissertation ab. Das Ziel der Dissertation ist die Integration der Verhaltenslogik in den Digitalen Zwilling. Im Fokus liegt dabei die Nutzung der originalen eingebetteten Software, die mittels einer virtuellen Abbildung der Elektronik zum direkten Einsatz im Digitalen Zwilling befähigt wird. Zur Erreichung des Ziels erfolgt im Kern der Dissertation die Entwicklung eines Konzepts einer Virtuellen Klemmleiste, welche die Verbindung zwischen der virtuellen Verhaltenslogik und den anschließenden Partialmodellen des Digitalen Zwillings herstellt und dadurch die Integration des Verhaltens in den Digitalen Zwilling ermöglicht. Der zugehörige Prozess der Integration der Verhaltenslogik in den Digitalen Zwilling besteht aus den zwei Teilprozessen der Virtualisierung der Verhaltenslogik und der Erweiterung eines Digitalen Zwillings durch virtualisierte Verhaltenslogik. Zur Validierung der Tragfähigkeit des Konzepts wird der Prozess am Beispiel eines CNC (Computerized Numerical Control) Laserplotters durchgeführt und implementiert. Die Validierung zeigt, dass das entwickelte Konzept geeignet ist, um das originalgetreue Verhalten in den Digitalen Zwilling zu integrieren.

The vision of a digital twin describes a consistent copy of a system that can be used as a virtual representation in various use cases and has a bidirectional connection with the physical twin. The digital twin should represent properties of the physical twin. One of the essential properties of a mechatronic or cyber-physical system is its inherent behavior, which is based on the individual behavioral logic of the system. In this context, the behavioral logic is implemented by the embedded software and electronics. The integration of the original behavioral logic, which emerges from the electronics and embedded software of the physical twin, has not yet been scientifically investigated. The objective of the dissertation is derived from this research gap. The goal of the dissertation is the integration of behavioral logic into the digital twin. The focus is on the use of the original embedded software, which is enabled for direct use in the digital twin by means of a virtual representation of the electronics. To achieve the goal, a concept was developed that includes the description of the process of integrating the behavior based on and the development of an information model-based interface. The integration of behavioral logic into the digital twin consists of the two sub-processes of virtualization of behavioral logic and extension of a digital twin by virtualized behavioral logic. In addition, a virtual terminal is developed, which establishes the connection between the virtual behavioral logic and the subsequent partial models of the digital twin. To validate the concept’s viability, the process is carried out and implemented using a CNC (Computerized Numerical Control) laser plotter as an example. The validation shows that the developed concept is suitable for integrating the original behavior into the digital twin.