Chancen durch Industrie 4.0: Der digitale Zwilling

Auf dem Bild ist ein Monitor mit einer Grafik zu sehen.

Digitale Zwillinge erleichtern die Verbindung zwischen virtueller und realer Welt.


12. Juni 2020 | Von Svenja Dittmann

Vielleicht haben Sie sich beim Lesen der Überschrift gerade gefragt: „Digitaler Zwilling, was ist das denn?“ Dann sind Sie hier richtig. Am Beispiel des Anlagenbauers KHS aus Dortmund veranschaulichen wir Möglichkeiten und Chancen digitaler Abbilder. Durch virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht der digitale Zwilling die Optimierung von Betriebsprozessen. Darin liegt ein hohes Innovationspotenzial.

Was ist ein digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling ist ein digitalisiertes Abbild realer Anlagen, Prozesse oder Systeme, das sich aus Daten und Algorithmen zusammensetzt. Über Sensoren ist der Zwilling mit realen Objekten gekoppelt und verbindet so die virtuelle und reale Welt durch viele Informationen und Daten miteinander. Ein steter Informations- und Datenaustausch in Echtzeit ist so gewährleistet.

Wozu braucht man einen digitalen Zwilling?

Digitale Zwillinge ermöglichen die Durchführung komplexer Analysen und Simulationen und die Überwachung von Systemen. So können zum Beispiel Probleme erkannt und bearbeitet werden können, noch bevor sie eintreten. Dadurch werden Ausfallzeiten vermieden. Außerdem bietet der digitale Zwilling die Möglichkeit, neue Chancen zu entwickeln und mithilfe von Computersimulationen zu planen. Neue Produkte oder Produktionsprozesse lassen sich im virtuellen Raum testen, bevor sie umgesetzt werden. Die Integration neuer Prozesse oder zusätzlicher Komponenten in den Betriebsablauf kann anschließend reibungsloser erfolgen. Auf diese Weise macht ein digitaler Zwilling fehlerfreie und optimierte Betriebsprozesse möglich.


Ein Digitaler Zwilling repräsentiert ein reales Objekt in der digitalen Welt.
Es kann sich um materielle oder immaterielle Objekte handeln.

Digitale Zwillinge sind noch nicht überall bekannt

Trotz der enormen Chancen, die ein digitaler Zwilling für Betriebe bietet, ist die Bekanntheit dessen noch vergleichsweise gering. Laut einer Studie der Detecon International GmbH, bei der Unternehmen aus 10 Schlüsselbranchen adressiert wurden, geben rund 50 % der Befragten an, das Modell zu kennen. Und nur 36 % der Befragten haben in ihrem Unternehmen bereits Konzepte umgesetzt, die mit einem digitalen Zwilling arbeiten.

Digitale Zwillinge in der Produktion

Der Anlagenbauer KHS mit Stammsitz in Dortmund setzt bereits auf den digitalen Zwilling in der Produktion. Das Unternehmen stellt verschiedene Maschinen im Abfüll- und Verpackungsbereich her. Entwicklung und Produktion sind über mehrere Standorte verteilt. Diese Voraussetzungen stellen besondere Herausforderungen dar. Seit längerem wird hier deshalb an der Realisierung eines digitalen Zwillings gearbeitet. Die KHS-Ingenieure des Product Centers Palletizing am Standort Worms beschäftigen sich intensiv mit der virtuellen Abbildung von Maschinen und Anlagenteilen sowie deren Simulation. Eine Simulation des Betriebsprozesses oder die virtuelle Inbetriebnahme mit Hilfe des digitalen Zwillings bietet vor allem für Logistikanlagen Vorteile, z. B. bei Transporteuren oder Palettierern.

Fehlerkosten durch virtuelle Inbetriebnahme senken

„Unser Ziel ist es, mit der Ausweitung der virtuellen Inbetriebnahme Durchlaufzeiten weiter zu reduzieren und Fehlerkosten zu senken“, erklärt Stefan Diesner, Head of Product Center Palletizing der KHS GmbH. Um den Umfang der Ersparnis abzuschätzen, hilft es, sich die so genannte Zehnerregel zu vergegenwärtigen. Diese besagt, dass sich die Kosten zur Behebung eines Fehlers mit jeder Produktionsstufe verzehnfachen. Je später ein Fehler im Produktionsprozess behoben wird, desto höher liegt der Kostenfaktor. Schnell ist so das Hundertfache oder gar Tausendfache der ansonsten anfallenden Kosten erreicht. Die Identifikation von Fehlern vor der Werksinbetriebnahme mit Hilfe der virtuellen Simulation bringt also eine beträchtliche Kostenersparnis mit sich.

Datenkonsistenz berücksichtigen

KHS strebt an, den Aufwand virtueller Inbetriebnahmen zu reduzieren. Eine Grundvoraussetzung hierfür ist die Datenkonsistenz. „Bei der virtuellen Inbetriebnahme haben wir das Thema Datendurchgängigkeit selbst in der Hand“, so Diesner. „Alle Daten werden in unserem Werk erzeugt und vorgehalten, bisher allerdings noch in unterschiedlichen Systemen. Hier sind weitere Schritte erforderlich, bevor diese Daten in einem Werkzeug für ‚Virtual Engineering‘ einschließlich der Simulation effizient und bidirektional zur Verfügung stehen. Ist das geschafft, können wir nach Kundenanforderungen konfigurierte oder angepasste Maschinenkonstruktionen schnell und effizient am Bildschirm in Betrieb nehmen.“

Die übergreifende Vernetzung als Ziel

Die Umfrage von Detecon zeigt: 77% vermuten, dass der digitale Zwilling vermehrt auch unternehmensübergreifend Anwendung finden wird. Auch KHS versteht die virtuelle Inbetriebnahme der unternehmenseigenen Anlagen als ersten Schritt hin zu einem digitalen Zwilling, der in Zukunft noch deutlich mehr leisten soll. Dafür muss der digitale Zwilling mit weiteren Informationen versorgt werden, zum Beispiel mit Daten zu Umbauten bei KHS-Kunden/-innen oder Betriebsdaten aus der Produktion. Für KHS stellt dies schon jetzt eine spannende Herausforderung dar.

Die Zukunft des digitalen Zwillings

Prof. Dr.- Ing. Boris Otto, Institutsleiter am Fraunhofer – Institut für Software und Systemtechnik ISST Dortmund, vermutet, dass künftig ganze Wertschöpfungsnetzwerke in Form des digitalen Zwillings abgebildet werden können.

So könnte beispielsweise ein gesamtes Logistik-Netzwerk virtuell dargestellt werden, indem man alle strukturellen Informationen, wie Standorte, Kapazitäten und Eigenschaften von Lagern, Verteilungs- und Weiterverarbeitungszentren, sowie Vorgangsdaten erfasst. Der digitale Zwilling ermöglicht dann also die dezentrale Steuerung, Überwachung und Optimierung aller Schritte im Wertschöpfungsprozess über die zentrale Schnittstelle. Dies vereinfacht die Kooperation im Rahmen der Wertschöpfungskette. Dies könnte einzelne Abläufe erheblich beschleunigen.

SCHLAGWORTE

Passende Themen

Wo gibt es interessante Themen rund um das Thema Digitalisierung? Wir stellen regelmäßig eine Auswahl an Themen für Sie zusammen.

Digitale Lesezeit

Digitalisierung spart Zeit und Kosten

Künstliche Intelligenz, Marketing und Veränderungsmanagement: Die Digitalisierung bietet vielfältige Möglichkeiten. Lesen Sie mehr in unseren Linktipps. Weiterlesen

Wo gibt es interessante Themen rund um das Thema Digitalisierung? Wir stellen regelmäßig eine Auswahl an Themen für Sie zusammen.

Digitale Lesezeit

Storytelling im Einzelhandel: "Die Zukunft des Einkaufens"

Geschichten aus dem Geschäftsalltag können helfen, Kunden/-innen zu gewinnen oder langfristig an sich zu binden. Wie das gehen kann, lesen Sie hier. Weiterlesen

Digitalisierung braucht Mut

Digitaler Wandel ist auch eine Frage der inneren Haltung: Wie entwickelt man Mut und Gelassenheit dafür?

Menschen gehen unterschiedlich mit Veränderungen um. Wie sie persönlich die digitale Transformation erleben, hat viel mit Einstellungen zu tun. Weiterlesen