Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Die Bedeutung digitaler Zwillinge zum Erreichen der digitalen Transformation, die zur Umsetzung von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen erforderlich ist
- Wie der digitale Zwilling die Datenanalyse und das Wachstum der Industrie 4.0 im gesamten Industriesektor unterstützt
- Wie der digitale Zwilling optimierte Leistungen in Industrieanlagen ermöglicht
Gartner 2020 Technology Trends listet ihn als eines der zentralen Tools auf, die Unternehmen zur Steigerung der Produktivität einsetzen werden. Das Weltwirtschaftsforum erwartet, dass sie das Wachstum der Industrie 4.0 in komplexen Systemen vorantreiben wird. PWC sagt, er sei ein entscheidender Wegbereiter für Echtzeit-Analysen. Dies ist der digitale Zwilling, eine erstklassige, intelligente, objektbasierte, digitale Umgebung, die industrielle Prozesse in Echtzeit unterstützt.
Der digitale Zwilling im Kontext der Industrie 4.0
Die Industrie 4.0 umfasst die vielfältigen Technologien und Lösungen, die notwendig sind, um die sprichwörtliche „Lights out“-Fabrik zu erreichen, in der die menschliche Präsenz drastisch reduziert und die Sicherheit am Arbeitsplatz optimiert wird. Der Prozess der Implementierung von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen beginnt mit der Datenerfassung, der Analyse der erfassten Daten und der Gewinnung von Erkenntnissen oder der Ergreifung bestimmter Maßnahmen. Datenerfassungs- und Analysetools wie Edge-Computing-Hardware und IoT-Lösungen werden ständig in den Anlagen eingesetzt, um verschiedene datengesteuerte Richtlinien umzusetzen. Der digitale Zwilling bringt alle von diesen Technologien erfassten Daten in eine virtuelle Umgebung, um den exakten und aktuellen Betriebszustand einer Industrieanlage widerzuspiegeln.
Mit einem digitalen Zwilling erhält ein Unternehmen einen virtuellen Spiegel seiner Fabrikabläufe in Echtzeit. Datenerfassungstools versorgen den digitalen Zwilling mit dem Echtzeit-Status der Arbeitsabläufe im Fertigungsbereich. Der digitale Zwilling kann dann auf vielfältige Weise genutzt werden, um die aktuelle Produktionsleistung zu verbessern und das Wachstum der Industrie 4.0 voranzutreiben. Der digitale Zwilling unterstützt auch die Vernetzung von Systemen, was ein wesentliches Merkmal der Industrie 4.0 ist. Er ermöglicht die Übertragung von Daten aus industriellen datenerfassenden Tools, Anlagen und Systemen und unterstützt das Senden von Datenpaketen an Hardware mit Empfangsfunktionen, die die industrielle Automatisierung vorantreiben.
Wie digitale Zwillinge Datenanalytik und Industrie 4.0-Wachstum unterstützen
Der digitale Zwilling dient auch als Tool für die Datenanalyse, da er eine Plattform für die Durchführung von Simulations- und Planungsauswertungen zur Optimierung der Fabrikabläufe bietet. Es ist wichtig zu beachten, dass digitale Zwillinge von jedem Anlagenprozess erstellt werden können, um die Funktionen dieses spezifischen Prozesses oder Systems zu analysieren. Laut Gartner werden Unternehmen mehrere digitale Zwillinge gleichzeitig betreiben, um bestimmte operative Systeme zu optimieren. Ein Beispiel ist die Entwicklung eines digitalen Zwillings für ein automatisiertes Materialtransportsystem innerhalb einer Industrieanlage.
Ein digitaler Zwilling eines Materialtransportsystems sammelt Daten zu Bewegungsmustern, Entfernungen und Aktivitätszeiten der einzelnen Roboter oder Wagen, aus denen das System besteht. Anhand dieser Daten kann ein digitales Modell sowohl des einzelnen Wagens als auch des anlagenweiten Betriebs erstellt werden. So können Unternehmen sowohl die Leistung einzelner Agenten als auch die des gesamten Materialtransportsystems verstehen und bewerten.
Ein digitaler Zwilling eines Materialtransportsystems kann dann mit diesen Daten betrieben werden, um eine virtuelle Umgebung zu entwickeln. Die virtuelle Umgebung überwacht dann diese Anlagen aus der Ferne oder erstellt optimierte Zeitpläne, um sicherzustellen, dass die Materialien pünktlich geliefert werden. Dies ist ein Teil des datengesteuerten Geschäftsmodells zur Optimierung der Anlagenleistung, das zum Industrie 4.0-Wachstum führt.
Wie der digitale Zwilling aktuelle Produktionsleistungen unterstützt
Das Beispiel der Optimierung von Zeitplänen ist nur ein Aspekt, der die Anwendung des digitalen Zwillings zur Verbesserung der Produktionsleistung zeigt. Fortgeschrittene Simulations- und Planungssoftware kann bestimmte Abläufe bewerten und optimierte Pläne entwickeln - eine Aktivität, die zu weit verbreiteten Missverständnissen bezüglich der Ähnlichkeit des digitalen Zwillings mit der Simulationsmodellierung führt. Im Gegensatz zur Simulationssoftware zeichnet sich der digitale Zwilling durch zwei sehr wichtige Faktoren aus, die ihn unterscheiden:
- Seine Fähigkeit, den aktuellen Status eines Produktionsprozesses abzubilden und zu verbessern, und
- die Vernetzung, die er unterstützt.
Der aktuelle Status einer Fabrik bezieht sich auf die Arbeitszyklen und Betriebszeiten ihrer Anlagen. Im Gegensatz zu Simulationssoftware, die sich auf historische oder bereits erfasste Daten stützt, füttern Lösungen zur Datenerfassung den digitalen Zwilling mit Informationen über den aktuellen Zustand der Fabrik. Optimierungsentscheidungen können nahezu in Echtzeit getroffen werden, solange der digitale Zwilling ständig mit genauen Daten versorgt wird. Zwei wichtige Möglichkeiten, wie der digitale Zwilling sowohl die Produktionsleistung als auch das Wachstum der Industrie 4.0 verbessert, sind:
- Die Demokratisierung von Betriebsdaten – Eine der größten Herausforderungen für Fabrikbesitzer bei der Umsetzung von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen ist die Entscheidung, wie sie die gesammelten Daten nutzen können. Die großen Datensätze, die aus einer durchschnittlichen Fabrikhalle kommen, können jeden überfordern, der kein ausgebildeter Datenanalyst ist. Der digitale Zwilling erstellt aus diesen Daten ein virtuelles Modell der physischen Prozesse und verknüpft so bestimmte Datensätze mit Anlagen und Prozessen, so dass jeder, der am Produktionsprozess beteiligt ist, diese verstehen kann.
Die erweiterte Virtualisierung von Fabrikdaten vereinfacht Industrie 4.0-Strategiesitzungen sowohl für technische als auch für nicht-technische Anwender. Die Möglichkeit, die Ergebnisse des digitalen Zwillings an intelligente Geräte, webbasierte HMIs und Smartphones zu übertragen, erleichtert zudem den Zugriff auf die Daten in der Fabrik und unterstützt Initiativen zur Fernüberwachung.
- Die Verbesserung virtueller Test- und Validierungsprozesse – Virtuelles Testen zur Prozessvalidierung ist ein wichtiges Industrie 4.0-Konzept, da es Verschwendung reduziert, Stillstandszeiten eliminiert und die Bediener in der Fabrik über neue Initiativen aufklärt. Der digitale Zwilling wird als das ultimative Validierungswerkzeug positioniert, da er den Fabrikbetrieb in Echtzeit abbilden kann. Industrieunternehmen können den digitalen Zwilling einsetzen, um Strategien vor der Implementierung zu bewerten, neue Bediener zu schulen oder Probleme im Zusammenhang mit vermindertem Durchsatz zu beheben.
Die virtualisierte Umgebung, die der digitale Zwilling bietet, und die hohe Genauigkeit, mit der er physische Vorgänge widerspiegelt, machen ihn zu einem erstklassigen Validierungswerkzeug, da die Auswirkungen von Einschränkungen betrachtet und richtig analysiert werden können, ohne die Einschränkungen, die nur Zahlen bieten.
Schlussfolgerung
Die Fähigkeit des digitalen Zwillings, das Wachstum von Industrie 4.0 voranzutreiben, ist der Grund, warum 62 % der Unternehmen, die IoT-Strategien und andere Technologien für die digitale Transformation implementiert haben, beabsichtigen, den digitalen Zwilling bis 2022 zur Optimierung der betrieblichen Prozesse zu nutzen. Die Nutzung des digitalen Zwillings zur Unterstützung von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen wird voraussichtlich auch zu einer 10-prozentigen Steigerung der betrieblichen Effizienz führen. In Anbetracht dieser Zahlen müssen Fabrikbesitzer darüber nachdenken, den digitalen Zwilling zu nutzen, um spezifische Industrie 4.0-Anwendungen zu verbessern und wettbewerbsfähig zu bleiben.
