Verbesserung des Produkttestmanagements durch die Verwendung digitaler Zwillinge für die Analyse von zu testenden Geräten
Produktlebenszyklus-Management
Durch die jüngsten Innovationen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologien sind neue Wege für Methoden und IT-Tools für das Produktlebenszyklusmanagement bei der Entwicklung von traditionellen Produkten zu intelligenten Produkten entstanden. Während einige zu neuen, disruptiven Lösungen führten, wie z.B. rekonfigurierbare intelligente Produkte während ihrer Nutzungsphase auf der Grundlage digitaler Zwillinge, unterstützen andere die bestehenden Produktlebenszyklusaktivitäten oder verbessern sie sogar. In diesem Beitrag stellt CONTACT Software vor, wie digitale Zwillinge in frühen Phasen der Produktentwicklung eingesetzt werden können, um das Testen und die anschließende Bewertung von Prototypen zu unterstützen. Dazu wird ein Testmanagement-Ansatz beschrieben, der die Integration von digitalen Zwillingen der zu testenden Geräte ermöglicht, nachdem ihr potenzieller Nutzen für die Echtzeitanalyse während und nach dem Testlauf systematisch untersucht wurde. Die Ergebnisse wurden prototypisch umgesetzt, indem eine Testumgebung in einem Produktlebenszyklus-Management-Tool modelliert wurde, einschließlich der Verwaltung und Analyse digitaler Zwillinge von Produktinstanzen.
Testmanagement und digitale Zwillinge
Das Testmanagement ist eine Methode, welche sich der Organisation von Testressourcen und -artefakten wie Testplänen, Testfällen und Testergebnissen widmet, um die Zugänglichkeit und Wiederverwendung zu ermöglichen (Parveen et al. 2007). Insgesamt können drei verschiedene Testtypen unterschieden werden: das intuitive Testen, das Testen basierend auf Entwurfsdokumenten und das anforderungsbasierte Testen. Beim intuitiven Testen entwickeln die Entwickler:innen einen Prototypen, welcher durch eine unstrukturierte Vorgehensweise zunächst selber und danach durch Endbenutzende getestet wird. Das Testen auf Basis von Entwurfsdokumenten beginnt mit dem Sammeln von Dokumenten, sodass die Tests nach Funktionen in einer logischen Reihenfolge durchgeführt werden können. Das anforderungsbasierte Testen ist eine Weiterentwicklung der ersten beiden Testverfahren und fokussiert die Sicherstellung der kundenseitigen Spezifikationen an das Produkt.
Das Konzept der digitalen Zwillinge beschreibt das virtuelle Abbild eines physischen Assets (Abramovici et al. 2017), indem er dessen physischen Zustand in einer aktuellen, historisierten Form widerspiegelt (Göckel und Müller 2020). Entscheidend ist, dass der digitale Zwilling das Bindeglied zwischen Felddaten, Serviceinformationen, Analysemodellen und Entwicklungsdaten und damit die Brücke zwischen Produktentwicklung, Produktion und Produktnutzung schlägt, indem er die Daten entlang des digitalen Fadens verknüpft (Göckel und Müller 2020).
Konzept
Testmanagement ist auf die Verwaltung und Bereitstellung von Datenobjekten angewiesen, die Teil des Produktlebenszyklus, insbesondere der Produktentwicklungsphase, sind. Die Product Lifecycle Management Software CIM Database kann daher als Teil der CONTACT Elements Plattform alle notwendigen Datenobjekte für eine Testmanagementumgebung bereitstellen und wird als Basis für die konzeptionelle Architektur verwendet. Wie in Kapitel 2 vorgestellt, können einige Datenobjekte in der Testplanungs- oder der Testdurchführungsphase zugeordnet werden. Diese beiden Phasen sind in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Testmanagement-Model
Der digitale Zwilling verknüpft statische und dynamische Produktdaten über den digitalen Faden als Bindeglied zwischen Entwicklung, Produktion und Betrieb eines Produktes. Damit ist der digitale Zwilling nicht nur Teil der IT-Infrastruktur, sondern selbst Entwicklungsgegenstand und integraler Bestandteil einer interdisziplinären Sichtweise auf das Produkt. (Göckel und Müller 2020) Das Management der digitalen Zwillinge, ihrer Daten und Geschäftslogik wird mit der von CONTACT Software entwickelten Softwarelösung CONTACT Elements für das Internet of Things (IoT) (CE4IoT) realisiert. Das dort verwendete IoT-Datenmodell ist in Abbildung 2 zu sehen.
Abbildung 2: IoT-Datenmodell
Die wichtigsten Objekte im Zusammenhang mit einer IoT-basierten Erweiterung des Testmanagements sind das Asset (digitaler Zwilling), der Asset-Typ (digitaler Master) und der Vorgang, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der Anlagentyp bezieht sich auf den generischen Teil des Produktobjekts. Er kann als Master-Vorlage für jedes Asset betrachtet werden, das für jedes getestete Produktinstanz-Objekt erzeugt wird. Das Asset ist der digitale Zwilling der zu testenden Produktinstanz (Serie). Es besteht aus der prototypischen Konfiguration des zu testenden realen physischen Objekts, einschließlich der Merkmale, der Komponentenstruktur, der Einstellungen, des Betriebsstatus, der Verwendung und der Umgebungsdaten. Aus der Asset-Ressource heraus können Operationen des zu testenden Assets durchgeführt werden. Als zeitlich begrenzte Prozesse der Asset-Nutzung können sie als digitale Referenzen für Prüfschritte betrachtet werden. Sie unterstützen die Testschritte in Bezug auf jeden Schritt des Messprozesses des Testplans und erstellen und protokollieren automatisch Vorgänge, wie z. B. Testergebnisse für jeden Testschritt. Abbildung 3 zeigt das Konzept für ein IoT-gestütztes Testmanagement.
Abbildung 3: Konzept für ein IoT-erweitertes Testmanagement
Impelemtierung und Evaluation
Um die in Kapitel 3 vorgestellte konzeptionelle Architektur zu validieren, wurde ein prototypisches System für ein Testmanagementsystem, basierend auf der CONTACT Elements Technologie, implementiert. Es besteht aus einem Testmanagement und den notwendigen IoT-Funktionalitäten, um eine Echtzeitanalyse der zu testenden Geräte zu ermöglichen. Im vorliegenden Demoszenario wurde eine Waschmaschine als Testgerät gewählt, da diese mit verschiedenen Testschritten getestet werden kann, die jeweils unterschiedliche Möglichkeiten zur Sensoranalyse beinhalten.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Erweiterung des Produkttestmanagements durch den Einsatz digitaler Zwillinge ermöglicht grundlegend neue Potenziale für die Analyse des Prüflings, z.B. während des Tests im Rahmen der Echtzeitanalyse und des instanzspezifischen Gerätemanagements nach erfolgten Tests. Der vorliegende Beitrag adressiert diese Potenziale, indem er zunächst grundlegende Ansätze sowohl im Test- als auch im digitalen Zwillingsmanagement beschreibt. Anschließend wurde eine konzeptionelle Architektur eines Testmanagementsystems und digitaler Zwillinge auf Basis der CONTACT Elements Technologie vorgestellt. Die Kombination dieser beiden Architekturen zeigt, wie die mit digitalen Zwillingen angereicherte Testausführungsphase die Analyse des Prüflings in Echtzeit qualifizieren kann und welche Abhängigkeiten zwischen Testmanagement und digitalen Zwillingen zu beachten sind.
