Automation Insights

Digital Twin – Grundstein für zukünftige Innovationskraft in der Automatisierungstechnik

Der digitale Zwilling verbindet die reale mit der digitalen Welt und bietet damit die Infrastruktur zur Implementierung von Industrie-4.0-Lösungen. Darüber hinaus unterstützt der digitale Zwilling Unternehmen dabei Wettbewerbsvorteile zu erzielen, unter anderem durch das Erschließen neuer Anwendungsfelder und Geschäftsmodelle – von der Entwicklung bis hin zu kundenindividuellen Dienstleistungen. Für Akteure der Automatisierungstechnik ist es daher wichtig, sich die Voraussetzungen, Vorteile und Herausforderungen dieser Technologie zu vergegenwärtigen und notwendige Handlungen abzuleiten.

Der digitale Zwilling ist ein digitales Abbild eines materiellen oder immateriellen Objekts, z. B. eines Produkts oder Prozesses. Es ist dabei unerheblich, ob das modellierte Objekt in der realen Welt bereits existiert oder erst noch entworfen wird. In beiden Fällen gilt, die Realität in einer möglichst sinnvollen Granularität virtuell abzubilden sowie Veränderungen und deren Folgen über den gesamten Lebenszyklus des Objekts nachvollziehbar zu machen.

Die Funktionsweise möchten wir zum besseren Verständnis am Beispiel eines digitalen Zwillings erläutern, der die Betriebsdaten eines bereits real existierenden Produkts erfasst, analysiert und verarbeitet. Nehmen wir als Ausganspunkt eine Produktionsmaschine, die mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet ist. Die Anzahl der Sensoren bestimmt dabei die Konfiguration des digitalen Zwillings, d. h. die Granularität von Funktionen und Eigenschaften der Maschine, die in der digitalen Welt abgebildet werden sollen. Über die Sensoren werden Daten gesammelt und mit Hilfe von Kommunikationsschnittstellen in Echtzeit an den digitalen Zwilling übertragen. Eine Analyse-Software wertet die Daten aus und leitet basierend darauf Handlungsempfehlungen ab.

Was den digitalen Zwilling auszeichnet, ist die Möglichkeit eines geschlossenen Regelkreises: Über sogenannte Aktoren erfolgt eine softwaregestützte Datenintegration. Das bedeutet: Die in den vorangegangenen Schritten – durch Übertragung der echten Daten auf den Digital Twin - identifizierten Handlungsempfehlungen werden auf das physische Objekt zurückübertragen, wodurch die Verbindung zwischen physischer Welt und dem digitalen Zwilling geschlossen wird.

Zukünftiger Differenzierungsfaktor für die Automatisierungstechnik

Um die Bedeutung des digitalen Zwillings zu begreifen, hilft ein Blick zurück in die Historie von Paradigmenwechseln und Umwälzungen in der Branche. In der Vergangenheit differenzierten sich Automatisierungsanbieter hauptsächlich durch ihre Hardware. Mittlerweile ist der vorherrschende Differenzierungsfaktor die Steuerungs- und Antriebssoftware, wobei bereits ein Angleichungsprozess von statten geht. Zukünftig werden sich die Anbieter mit der besten Vernetzung und Datenintegration am Markt behaupten. Dabei wird sich am stärksten profilieren können, wer es schafft, eine möglichst hohe Qualität und Performance entlang des gesamten Produktlebenszyklus zu gewährleisten. Zwar generiert der digitale Zwilling auch Mehrwerte in einzelnen Produktlebenszyklusphasen, sein ganzes Potenzial entfaltet er jedoch erst bei Anwendung entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produkts bzw. Objektes.
 
Von welchen Mehrwerten sprechen wir? Bereits in der Entwicklungsphase lassen sich durch die digitale Simulation von Produkten und Prozessen frühzeitig Fehler erkennen, die Time-to-Market signifikant reduzieren, die Fertigbarkeit neuer Konstruktionsansätze virtuell bewerten und somit die Innovationskraft steigern.

Durch einen ganzheitlichen Einblick ergibt sich ein tieferes Prozessverständnis, das bei der Optimierung der Fertigung unterstützt. Insbesondere bei der Fertigung kleiner Losgrößen kann durch den Einsatz eines digitalen Zwillings der Automatisierungsgrad deutlich gesteigert werden. Kommt es beispielsweise zu Abweichungen des realen Objekts gegenüber dem Zwilling, können diese automatisiert durch Anpassungen der Fertigungsparameter im weiteren Verlauf ausgeglichen werden.
 
Auch im Kundendienst bietet der Digitale Zwilling zahlreiche Vorteile. Beispielsweise eine schnellere Inbetriebnahme durch Offline-Programmierung, eine vorrausschauende Instandhaltung oder sogar neue Geschäftsmodelle wie FEM-as-a-Service (Finite-Elemente-Methode) oder Machine Learning-as-a-Service.

Wir sehen aktuell viele erfolgreiche Beispiele für eine effiziente Kollaboration und schnelle, kosteneffiziente Entwicklung und Produktion durch den Einsatz von digitalen Zwillingen. Darüber hinaus bilden sie die Grundlage für eine Vielzahl möglicher digitaler Services. Dies führt uns zu folgender strategischen Hypothese:

Der digitale Zwilling wird Basistechnologie in der Automatisierungstechnik und damit Grundstein für Kollaboration, Effizienz und Innovationskraft.

Die strategische Hypothese

Erfolgreiche Anwendungsfälle beweisen das Potenzial der Technologie – sowohl für die Unternehmen als auch für deren Kunden

Zahlreiche Praxisbeispiele zeigen, dass der digitale Zwilling sowohl in der Automatisierungstechnik als auch in benachbarten Branchen erfolgreich eingesetzt wird:

Mit Siemens, SAP, IBM, Microsoft und ptc gibt es mittlerweile mehrere namhafte Unternehmen, die Lösungen für digitale Zwillinge anbieten. Dabei setzten sie unterschiedliche Schwerpunkte, z. B. auf IoT-Plattformen, Manufacturing Executive Systems und Connected Services.

Wer im Einsatz digitaler Zwillinge einen potenziellen Mehrwert für sein Unternehmen sieht, der sollte sich über eine Reihe von Fragestellungen Gedanken machen: Wo steht mein Unternehmen heute? In welchen Schritten kann eine Implementierung stattfinden? Welche Stolpersteine gilt es aus dem Weg zu räumen? Antworten auf diese und weitere Fragen sowie konkrete Empfehlungen werden wir in einem weiterführenden Beitrag zum Thema Digital Twin aufzeigen. Wenn Sie Diskussionsbedarf zu unseren Einschätzungen sehen, dann sprechen Sie uns gerne an.

Kittelberger, D. / Weinrich, J.

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