Towards Plant Level Virtual Acceptance Testing: Development of a Digital Twin through MES & Simulation model Integration
Author
Ej Efternavn, Goutam Muralidhar
Term
4. term
Education
Publication year
2026
Abstract
Industry 4.0 has advanced manufacturing systems, with the Digital Twin (DT) and Virtual Commissioning (VC) enabling virtual testing and integration before physical deployment. While virtual validation is mature at the machine and control layers of the ISA-95 model, plant-level validation remains largely unexplored. This thesis develops a DT by integrating a simulation model with a Manufacturing Execution System (MES) to enable Virtual Acceptance Testing (VAT) at the plant level. The AAU 5G Smart Production Lab’s FESTO assembly line serves as the reference system. A two-phase method was proposed and implemented, using MQTT as the communication interface between FESTO’s MES interface MES4 and the simulation model built in Plant Simulation. The implementation produced a functional DT prototype that synchronizes physical MES order information and processing with the virtual system. Practical challenges were observed when retrofitting a DT onto legacy systems. Overall, the results demonstrate the feasibility of initiating plant-level VAT through DT–MES integration, paving the way for broader virtual validation in Industry 4.0 manufacturing.
Industri 4.0 har rykket grænserne for produktionssystemer. Her er den digitale tvilling (DT) og virtuel idriftsættelse (VC) centrale metoder til at afprøve og integrere anlæg, før noget bygges eller ændres. I dag er virtuel validering veludviklet på maskin- og styringsniveau i ISA-95-modellen, men på anlægs- (fabrik-)niveau er den stadig kun lidt udforsket. Dette speciale undersøger, hvordan man kan udvikle en DT ved at koble en simuleringsmodel sammen med et produktionsstyringssystem (MES) for at muliggøre virtuel accepttest (VAT) på anlægsniveau. Som referencesystem anvendes AAU 5G Smart Production Labs FESTO-montagelinje. Der foreslås og implementeres en metode i to faser, hvor MQTT bruges som kommunikationsgrænseflade mellem FESTOs MES-grænseflade MES4 og simuleringsmodellen i Plant Simulation. Implementeringen resulterer i en funktionel DT-prototype, der synkroniserer faktiske MES-ordredata og -processer med det virtuelle system. Under arbejdet blev der også observeret praktiske udfordringer ved at eftermontere en DT på ældre (legacy) systemer. Resultaterne viser, at det er muligt at igangsætte VAT på anlægsniveau via DT-MES-integration og dermed pege mod mere udbredt virtuel validering i Industri 4.0-produktion.
[This abstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]