Glaubt man der Zwillingsforschung, so sind es nicht nur die genetischen Merkmale, die Zwillinge gleich fühlen, denken und handeln lassen, sondern die äußeren Einflüsse ihrer Umwelt: Gemeinsame Erfahrungen prägen das Zwillingspaar auf dieselbe Weise. Bald 150 Jahre untersucht die Wissenschaft das Phänomen Zwilling. Die Forschung um ihr virtuelles Pendant, den digitalen Zwilling, steckt da vergleichsweise noch in den Kinderschuhen. Dennoch hat die industrielle Revolution in ihm ihr Konterfei gefunden und feiert den digitalen Zwilling als wichtigen Wegbereiter und Wegbegleiter der Industrie 4.0.
Der digitale Zwilling in Zahlen:
30 Prozent
der weltweit 2.000 größten Unternehmen werden laut IDC FutureScape 2018 bereits in zwei Jahren Daten digitaler Doppelgänger nutzen, um die Erfolgsrate bei Produktinnovationen sowie die Produktivität in der Organisation zu verbessern.
25 Prozent
Produktivitätssteigerung kann damit verbunden sein.
Im Jahr 2021
sollen bereits die Hälfte der großen Industrieunternehmen mit den virtuellen Avataren arbeiten und dadurch eine Produktivitätssteigerung von bis zu zehn Prozent erzielen. Das schätzt das Marktforschungsunternehmen Gartner.
78 Millionen Euro
Dieses Potenzial sollen im Jahr 2025 alle digitalen Zwillinge der Fertigungsbranche zusammen aufweisen. Das prognostiziert der Branchenverband Bitkom.
Der Schlüssel liegt in den Daten
Das Gros der Unternehmen wird umdenken müssen, wenn es die digitale Transformation bewerkstelligen möchte. Gelingen wird sie nur, wenn starre Prozessketten aufgebrochen und durch funktionale Einheiten ersetzt werden, die miteinander kommunizieren. Der Schlüssel für eine einheitliche Sprache liegt in der Standardisierung von Datenformaten. Die Datenstruktur: die DNA des digitalen Zwillings.
Wie die vertikale Datenintegration im Engineering- und Produktionsprozess aussehen kann, erarbeitet das Technologienetzwerk Smart Engineering and Production 4.0 (SEAP). Am Beispiel eines Schaltschranks erschaffen die Partner Eplan, Rittal und Phoenix Contact einen digitalen Zwilling, der das Produkt über den kompletten Lebenszyklus hinweg begleiten soll – von der Entwicklung über die Inbetriebnahme bis hin zur Anlagenbedienung und Wartung. Darüber hinaus soll der digitale Zwilling es ermöglichen, eine Losgröße 1 nach Kriterien einer Serienproduktion fertigen zu können.
„Die Grundlage bilden digitale Artikelbeschreibungen, die die einzelnen Bestandteile des Produktes sowie seine Funktionen und Besonderheiten bis ins Detail beschreiben“, erklärt Thomas Weichsel, Produktmanager und Teamleiter Value Chain Software Solutions bei Eplan. „Da sich eCl@ss hier weltweit als normkonformer Standard für die Klassifizierung und eindeutige Beschreibung von Produkten etabliert, speisen Komponentenhersteller die Artikeldaten bereits in diesem Format in das Eplan Data Portal ein.“
„Für uns als Unternehmen stellt dies einen praktischen Zusatznutzen dar“, ergänzt Dr. Andreas Schreiber von Phoenix Contact, „da sich so – beispielsweise durch das Einscannen eines QR-Codes – auf sehr einfache Weise Produktinformationen abrufen lassen.“ Das große Potenzial sieht der Leiter Business & Product Innovation in der effizienteren und transparenteren Gestaltung des gesamten Produktlebenszyklus, da alle relevanten Merkmale eines Produkts für die Prozesse im Engineering und auch in der Produktion standardisiert verfügbar sind. „So müssen sie nicht mehr im Nachgang zeitaufwendig manuell ermittelt und eingepflegt werden“, sagt Schreiber. Mit der Software Eplan Pro Panel konstruiert der Schaltschrankbauer also ein 3D-Modell, das bereits alle Informationen über die einzelnen Drähte, Betriebsmittel, Klemmen, Drahtbrücken und Beschilderungen oder die notwendigen mechanischen Bearbeitungen der Komponenten bereithält.
Thomas Weichsel, Produktmanager und Teamleiter Value Chain Software Solutions bei Eplan, spricht über die Potenziale des digitalen Zwillings für den Schaltschrankbau.
Auf die Schnittstelle kommt es an
Sobald der digitale Master definiert ist, gilt es, den digitalen Prototyp mittels herstellerneutraler Schnittstelle in die Produktion einzubetten, zum Beispiel in ein intelligentes Fertigungsleitsystem. „Dieses prüft dann, welche Fertigungsschritte erforderlich sind, ob die Fertigung die Anforderungen für den jeweiligen Fertigungsschritt erfüllen kann und in welcher Reihenfolge sich diese umsetzen lassen,“ erklärt Thomas Weichsel. So können Bauteile für die mechanische Bearbeitung vorbereitet, Tragschienen korrekt gelängt und Klemmen nach Vorgabe auf diesen montiert werden. Soll dieser Schritt automatisiert erfolgen, müssen das Leitsystem und die Maschinen miteinander kommunizieren und über die anstehenden Aufgaben verhandeln.
„Hier nutzen wir Erkenntnisse aus dem Projekt open Asset Administration Shell der RWTH Aachen und des Industrieverbands ZVEI, die gemeinsam mit Unternehmen aus dem Maschinenbau und der Elektroindustrie daran arbeiten, Industrie 4.0 in die Praxis umzusetzen. Wir erweitern diese Erkenntnisse um spezielle Anwendungsfälle aus dem Schaltanlagenbau“, berichtet Weichsel. Open Asset Administration Shell definiert sogenannte Verwaltungsschalen aller am Prozess beteiligten Systeme, Maschinen und Komponenten einer Wertschöpfungskette, die miteinander in Verhandlung treten. „Bewegen wir uns auf einem einfachen Level, funktioniert das bereits heute“, berichtet Weichsel. Ziel ist es, dass Systeme auf diese Weise künftig auch hochkomplexe Prozesse und Produktionsabläufe verhandeln können. Dazu gehört beispielsweise, dass Erkenntnisse aus der Produktion in die Entscheidungen im Engineering einfließen und dieses dann positiv beeinflussen.
Drei digitale Zwillinge und ihre Bestimmung
Nicht nur im Schaltschrankbau kommt der digitale Zwilling zum Einsatz. Die Einsatzmöglichkeiten kennen kaum Grenzen.
- Im Wasser: Kreuzfahrten sind beliebt, doch die Instandhaltung der Schiffe ist teuer. Daher möchte General Electric die Cruiser mit Sensoren ausstatten, die den Verschleiß messen und dabei auch Wetterdaten einbeziehen. Ein digitaler Zwilling des Frachters soll Wartung und Reparaturen einfacher machen: Bereits vor Einlaufen des Schiffes können Techniker auf diese Weise mögliche Problemlösungen durchspielen.
- Zu Fuß: Individuell in Material, Farbe und Passform – so wünschen sich Modebewusste ihre Turnschuhe. Um Kundenwünsche flexibel umsetzen zu können, entwickelt adidas gemeinsam mit Siemens einen digitalen Zwilling von der Speedfactory, einer adidas Produktionsstätte. Der gesamte Fertigungsprozess soll künftig vorab simuliert, getestet und optimiert werden können. Damit ist die Sportindustrie ein Vorreiter für die Losgröße 1. Hätten Sie es gedacht?
- Unter der Haut: Die Charité Berlin bringt Biologie und Informatik zusammen: Gemeinsam mit dem Biotechnologieunternehmen Alacris Theranostics stellen sie den digitalen Zwilling einer Krebszelle von Hautkrebspatienten her und testen an ihm die Wirkung verschiedener Medikamente. Wirkt das Medikament, wird es dem Patienten verabreicht. Erste Behandlungen verzeichneten Erfolge.
Die DNA des digitalen Zwillings
Der digitale Zwilling lässt sich auf unterschiedliche Weise definieren und birgt enorme Potenziale für Industrieunternehmen. Weiterführende Informationen gibt es in der s4e 1/18.
Kommentar verfassen