Wie der digitale Zwilling die Supply Chain bereichert

Digitaler Zwilling
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Die Fertigung der Zukunft findet nicht mehr nur in Produktionshallen statt: Sie wird es dann auch als digitalen Zwilling geben. Was kann dieser digitale Klon, welches Potential hat er und unter welchen Bedingungen bringt er einen Mehrwert?

Gefüttert mit allen nötigen Daten, ist ein digitaler Zwilling das virtuelle Abbild eines realen Gegenstandes. Dabei ist es völlig egal, ob es sich um ein Produkt, eine Anlage oder eine ganze Produktionslinie handelt. Nötig sind hierfür möglichst genaue Daten über Prozesse und Materialien, aber auch Umgebungsdaten wie beispielsweise das Wetter.

Doch der virtuelle Zwilling ist noch viel mehr: Die Fabrik der Zukunft wird zunächst einmal nur virtuell entstehen. So lassen sich sämtliche Prozesse, Warenbewegungen und Arbeitsschritte simulieren, bevor überhaupt eine Fabrikhalle gebaut wird. Die Vorteile einer solchen Simulation liegen auf der Hand: Sie erlaubt ein wesentlich genaueres Planen. Ist die geplante Anordnung einer Produktionslinie sinnvoll? Wie groß muss die Lagerfläche sein? Welche Wege müssen zurückgelegt werden? Fragen wie diese können in Zukunft mithilfe einer genauen Simulation beantwortet werden. So lassen sich nicht nur Investitionen genauer einschätzen, Inbetriebnahmezyklen werden ebenfalls wesentlich kürzer und die Kosten bei möglichen Fehlplanungen halten sich in Grenzen, wenn noch kein „Beton und Metall“ angefasst wurde und Änderungen in den realen Produktionsstätten vermieden werden.

Das gleiche gilt für Produkte, die mit einem virtuellen Zwilling entwickelt werden. Produkteigenschaften lassen sich sehr genau simulieren und deren Auswirkungen auf die Produktion und den Transport ebenfalls. Schon vor dem Bau eines Prototyps können Entwickler sehen, wie sich ein Material während der Produktion verhalten wird und wo Fehler entstehen können.

Condition Monitoring und Predictive Maintenance

Ist eine existierende Anlage, eine Produktionslinie oder ein Lager erst einmal mit einem digitalen Zwilling versehen, eröffnet dieser ganz neue Möglichkeiten. Der digitale Zwilling kennt nicht nur den tatsächlichen Zustand einer Anlage, sondern auch alle vergangenen Prozesse. So erkennt er sofort Abweichungen vom Idealprozess. Wenn also beispielsweise die Temperatur in einer Maschine ansteigt, warnt der digitale Zwilling und der Bediener kann sofort reagieren und zum Beispiel ein defektes Werkzeug oder Kühlmittel austauschen.

Da der digitale Zwilling aus der Datenhistorie lernen kann, ist er auch in der Lage, Wartungsarbeiten sinnvoll im Voraus zu planen. Er merkt sich, welche Arbeiten in welchen Abständen gemacht werden mussten und gibt Empfehlungen für zukünftige Wartungen. So verringern sich die Ausfallzeiten und Materialbewegungen zwischen Lager und Fertigung können optimal geplant werden.

Viele Eingriffe in Prozesse müssen nicht einmal vor Ort stattfinden. Auf den digitalen Zwilling können die Wartungsteams – anders als auf seinen realen Gegenpart – von überall aus zugreifen. Da der digitale Zwilling direkt mit seinem Vorbild verknüpft ist, kann man über ihn auch in reale Prozesse eingreifen. Das bringt ganz neue Möglichkeiten für Servicedienstleister mit sich. Wenn es Probleme gibt, kann ein Experte auch Ferndiagnosen stellen, da der digitale Zwilling den Zustand aller Prozesse in Echtzeit wiedergibt.

Effizienter planen und arbeiten

Da der digitale Zwilling auch Simulationen oder Was-wäre-wenn-Betrachtungen zulässt, lassen sich Prozesse und Anpassungen schon im Voraus planen. Beispielsweise kann die Erweiterung des Warensortiments in ein bestehendes Lager so vorab getestet werden. Einzelne Anlagen, die in eine bestehende Fertigung integriert werden sollen, können so auch schon im virtuellen Betrieb ausprobiert werden. Die Konsequenz ist, dass Planungs- und Inbetriebnahmezyklen in allen Bereichen wesentlich schneller werden. Investitionen können besser geplant werden, wenn man schon von vornherein weiß, welche Auswirkungen sie auf Prozesse haben werden.

Prozesse, die gut funktionieren, können mit Hilfe der Erfahrung eines digitalen Zwillings einfach auch auf andere Produktionsstätten übertragen werden. Prozesse und Verfahren lassen sich jederzeit aus den vorhandenen Daten reproduzieren und bedarfsgerecht an veränderte Bedingungen anpassen. Ein Unternehmen kann so viel flexibler arbeiten und sich auf Veränderungen einstellen.

Wichtige Voraussetzungen

Damit der virtuelle Zwilling laufend und in Echtzeit mit Daten versorgt werden kann, braucht es an allen entscheidenden Stellen Sensoren. Wo immer möglich, sollten Zustände in Echtzeit abgebildet werden. Dazu braucht es eine stabile Netzwerkinfrastruktur. Außerdem darf es innerhalb des Systems keine Brüche geben, damit der digitale Zwilling seinen vollen Nutzen entfalten kann.

Dabei müssen die Daten nicht nur möglichst schnell vorliegen, sie müssen auch von überall aus eingesehen werden können. Dazu benötigt es ein System, das Zugriff über verschiedene Endgeräte ermöglicht. Ein gutes User Interface ist dabei essenziell. Im besten Fall kann jeder Mitarbeiter auf die für ihn wichtigen Daten zugreifen.

Eine weitere wichtige Voraussetzung ist die Absicherung des digitalen Zwillings. Er muss vor Angriffen von außen geschützt sein und er darf nicht störungsanfällig sein. Für Mitarbeiter muss dennoch ein Zugriff auch von außerhalb des Unternehmensnetzwerks möglich sein. Die Netzwerkumgebung muss solche Zugriffe ermöglichen und dennoch gegen die Gefahr von Cyber-Attacken geschützt werden.

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Die Zukunft ist digital

In seinem vollen Umfang ist der digitale Zwilling noch Zukunftsmusik. Es gibt jedoch erste Maschinen und Roboter, die mit einem funktionierenden digitalen Zwilling arbeiten. Auch die Entwicklungen im Bereich der Simulationen sind so weit vorangeschritten, dass gerade in der Produkt- und Anlagenentwicklung schon sehr gute digitale Modelle entstehen.

Auch softwareseitig lassen sich durch Implementierung von Managementsystemen schon viele Funktionen des digitalen Zwillings nutzen. Ob es sich dabei um ein Manufacturing Execution System (MES) oder Warehouse Management System (WMS) handelt, beide übernehmen schon jetzt wichtige Funktionen wie Controlling, Planung und Steuerung. Auch sie arbeiten mit digitalen Daten, die den Zustand eines Unternehmens wiedergeben. Solche Systeme sind eine gute Basis, um sich in die Richtung digitaler Zwilling zu entwickeln.

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