Als wichtiger Bestandteil heutiger Unternehmens-IT sind digitale Zwillinge Themenschwerpunkt im Diskurs der Digitalisierung. Dies ist in der Bedeutung dieses Begriffs für die digitale Transformation zukunftsorientierter Unternehmen begründet. Informationen von Gartner zufolge, planen 75 % der Unternehmen, die bereits mit dem IIoT arbeiten, eine Implementierung digitaler Zwillinge innerhalb des kommenden Jahres. Nun soll erläutert werden, was sich hinter diesem Begriff verbirgt und weshalb das Interesse von Unternehmen an dieser Technologie stetig wächst.

Was ist ein digitaler Zwilling?

Digital twinGrundsätzlich werden digitale Zwillinge als virtuelle Darstellung eines Produkts oder Prozesses definiert. Dies bedeutet, dass der Implementierung einer realen Fertigungslinie die Erstellung einer identischen Anlage im virtuellen Kontext voraus geht. Somit können Funktionsweisen vorab simuliert und auf potenzielle Fehlerquellen analysiert werden.

Infolge der Inbetriebnahme einer realen Fertigungslinie werden mithilfe von Sensoren Daten an den digitalen Zwilling gesendet und integriert. Dieser verarbeitet den Input an Informationen, um Analysen und Prognosen zu erstellen, die Aussagen über die Leistungsfähigkeit auf der Grundlage bisheriger Abläufe ermöglichen.

Diese Ergebnisse werden wiederum für die Entwicklung realer Maßnahmen verwendet. So können beispielsweise optimale Ofentemperaturen ermittelt, Ersatzteile frühzeitig bestellt oder Wartungsarbeiten vorausschauend und präventiv geplant werden.

Sofern hinreichende Daten zur Verfügung stehen, ist es außerdem möglich, Auswirkungen infolge verschiedener Szenarien auf die Anlage zu bestimmen.

Die Vorzüge digitaler Zwillinge

Im Gegensatz zur Definition ist die Auflistung von Vorteilen in Verbindung mit der Nutzung digitaler Zwillinge bedeutsam umfangreicher. Deshalb werden folgend lediglich ausgewählte Aspekte genannt, die sich aus der Erstellung digitaler Zwillinge von Produkten, Anlagen und Prozessen ergeben:

  • Beschleunigte Einführung neuer Produkte (NPI): Unter Verwendung eines digitalen Zwillings lassen sich Fertigungslinien bereits virtuell modifizieren. Kostenintensive Anpassungsmaßnahmen an der realen Anlage sind somit nicht mehr notwendig.
  • Reduzieren von Ausfallzeiten: Digitale Zwillinge erstellen Prognosen über die voraussichtliche Nutzungsdauer des Equipments eines Unternehmens basierend auf Daten bisheriger Erhebungen. In Verbindung mit Daten der realen Vorrichtungen werden diese Prognosen aktualisiert, um unerwarteten Verschleiß in gleicher Weise zu berücksichtigen. Diese Form des Predictive Manufacturing (vorausschauende Instandhaltung) reduziert Ausfallzeiten, da geplanter Stillstand effektiver genutzt wird und abrupte Stopps vermieden.
  • Minderung von Ausschuss und Nachbearbeitungskosten: Der digitale Zwilling eines Produktes kann den Fertigungsprozess virtuell mehrfach durchlaufen, um Irritationen im Ablauf vorausschauend zu eliminieren. Das Potenzial virtueller Lernprozesse lässt sich in gleicher Weise für zukünftige Produkte ausschöpfen. Digitale Zwillinge werden demnach nicht isoliert betrachtet, sondern beeinflussen sich gegenseitig durch kontinuierlichen Datentransfer. Die Kosten für Ausschuss und Nachbearbeitungen werden somit innerhalb und zwischen den Produkttypen reduziert.
  • Prognose von Gewinnen/Verlusten bei Produktionsmodifikationen: Bei entsprechender Datenverfügbarkeit über Anlagen, Produkte und Prozesse ist es möglich, Anpassungsmaßnahmen auf deren Wirtschaftlichkeit zu überprüfen. Beispielsweise wird so ermittelt, ob die Beschleunigung des Fertigungsprozesses eines Produkts vorteilhaft ist, oder ein Anstieg der daraus resultierenden Wartungskosten die zusätzlichen Erträge übersteigt. Einer der bedeutendsten Vorzüge digitaler Zwillinge ist die Option, neben technischen Daten ebenfalls finanzielle Angaben, wie z.B. Kapital- und Arbeitskosten, zu integrieren.
  • Senken der Einarbeitungszeit: Die Informationen, welche im Rahmen einer Videodatei auf Basis der erweiterten Realität als Überlagerung angezeigt werden, sind Daten, die live von dem digitalen Zwilling bezogen werden. Somit können Teil-spezifische Statusabfragen gestellt, oder Techniker durch Reparaturprozesse geleitet werden. Die Verwendung der erweiterten Realität in dieser Form reduziert signifikant den Schulungsaufwand und gestaltet den Einsatz von Arbeitskräften an den Anlagen deutlich effizienter.
  • Verbessertes Supply Chain Management: Der Anwendungsrahmen digitaler Zwillinge ist nicht auf einzelne Unternehmen beschränkt, sondern auf gesamte Supply Chains erweiterbar. Mithilfe von Daten dieses Umfangs werden interne Produktionsprozesse präzise und detailliert an die Parameter der Supply Chain, wie z.B. Beschaffungen, Logistik und Lieferungen, optimiert. Unternehmen, die in einem kontinuierlichen Datenaustausch mit ihren Zulieferern stehen, schaffen sich taktische und strategische Vorteile gegenüber der Konkurrenz. Schließlich bietet dieser „digitale Faden“ eine Entscheidungsfindung, die auf maximaler Informationsverfügbarkeit basiert und somit größtmögliche Kosten- und Zeiteinsparungen gewährleistet. Für weitere Informationen: Supply Chain Management (SCM).

ATS und digitale Zwillinge

Bietet ATS Produkte, die bereits mit digitalen Zwillingen in Zusammenhang stehen? JA!  ATS Inspect, ATS CM4D sowie ATS Bus beinhalten längst Komponenten dieser Technologie.

Anwender, die mithilfe von ATS Inspect Sichtprüfungsverfahren durchführen, nutzen einen digitalen Zwilling, um Qualitätsmängel realer Produkte digital mithilfe von CAD-Modellen zu dokumentieren. Somit wird sukzessive ein aufschlussreicher Einblick in den Produktionsprozess gewährt, der Aussagen darüber ermöglicht, wie effektiv das jeweilige Produkt aktuell hergestellt wird. Notwendige Korrekturen am Design oder des Herstellungsprozesses werden infolgedessen ersichtlicher.

ATS cm4d erstellt digitale Zwillinge, die auf den realen Dimensional Data von Produkten beruhen. Der digitale Zwilling wird anschließend mit dem vorangegangenem CAD-Modell verglichen und auf Abweichungen außerhalb des Toleranzbereiches überprüft. Außerdem ist eine Vorabkontrolle der Kompatibilität mit dem digitalen Zwilling einer möglichen Komponente durchführbar, die Aussagen über potenzielle Verbundschwierigkeiten bereitstellt.

Das Potenzial digitaler Zwillinge kann bei isolierter Betrachtung nicht voll ausgeschöpft werden. Erst der unternehmensweite Datentransfer in Verbindung mit der Vernetzung von digitalen Zwillingen bewirkt eine Steigerung des Leistungsniveaus. Dies sind die Gründe für eine Implementierung des ATS Bus, welcher die verschiedenen Systeme, Ebenen, Sensoren und Aktoren miteinander verknüpft.

Während Unternehmen ihre digitale Transformation vorantreiben, werden sich die Mengen und Qualität von verfügbaren Daten stets weiterentwickeln. Dies wirkt sich wiederum auf die Notwendigkeit von digitalen Zwillingen für zukunftsorientierte Unternehmen aus, denen ATS als zuverlässiger Partner stets zur Seite stehen wird.