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Dynamisches Modell von physischen Systemen

Digitaler Zwilling der Produktion

Ein digitaler Zwilling bleibt ohne die Vernetzung und Anreicherung mit Daten nur ein statisches Abbild. Schaffen es Unternehmen hingegen, über durchgängige Prozesse und Datenflüsse in einer integrierten IT-Landschaft gute Bedingungen herzustellen, bieten sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten und Mehrwerte.

Bild: N+P Informationssysteme GmbH

Bild: N+P Informationssysteme GmbH

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles 3D-Modell eines physischen Systems, beispielsweise einer Maschine, eines Produktes, eines Prozesses oder einer Fertigungsumgebung. Das Modell wird mit Sensor-Daten (z.B. Temperatur, Druck) sowie Informationen aus einer Vielzahl von IT-Systemen (z.B. MES-, PDM- oder ERP-Systemen) angereichert und bildet das physische System in Echtzeit ab. Dadurch handelt es sich nicht nur um ein statisches, sondern um ein dynamisches Modell. Der digitale Zwilling bildet somit nicht nur den Aufbau eines Objektes ab, sondern auch die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Komponenten. Die Sensorik ist in den Maschinen entweder schon vorhanden oder kann im Rahmen eines Retrofits mit Hilfe von IoT-Gateways nachgerüstet werden. Die Sensor- und Unternehmens-Daten werden dann an eine Software, beispielsweise in Form einer IoT-Plattform oder eines Manufacturing Executions Systems übermittelt, welche die Daten analysiert und visualisiert. ­Zusätzlich kann eine grafische Visualisierung der Daten über ein Dashboard erfolgen. Dadurch können die Maschinenzustände jederzeit und ortsunabhängig überprüft werden.

Viele Einsatzmöglichkeiten

Für Fertigungsunternehmen bietet ein digitaler Zwilling unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten. So kann beispielsweise ein übersichtliches Echtzeit-Monitoring zur Überwachung und Optimierung eigener Maschinen oder der gesamten Produktion erfolgen. Das gleiche gilt für Maschinen oder Fertigungsumgebungen, die bei einem Kunden implementiert wurden. Dabei lassen sich beispielsweise Produktionsmengen, Maschinenzustände, Temperatur, Strom, Mengen oder auch Materialverbräuche betrachten. Zudem können durch diese Echtzeit-Daten bereits früh Probleme, aufkommender Verschleiß oder Wartungsfälle erkannt und demnach beseitigt werden (Predictive Maintenance). Der digitale Zwilling schafft somit Transparenz und dient als Grundlage für Unternehmensentscheidungen. Zusätzlich lassen sich Prozesse in Abhängigkeit aktueller Daten mit Hilfe von Workflows automatisieren. Außerdem eignen sich digitale Zwillinge auch für Zwecke des Prototypings oder zur Simulation von Prozessen und Produktverhalten. Er dient hier als wichtiges Hilfsmittel für die Qualitätssicherung und kann neben der Produktivität auch Prozesssicherheit und -verständnis erhöhen.

Retrofit einer Maschine mit Hilfe eines IoT-Gateways (Bild: N+P Informationssysteme GmbH)

Retrofit einer Maschine mit Hilfe eines IoT-Gateways (Bild: N+P Informationssysteme GmbH)

 

Ein Praxisbeispiel

Angenommen eine Fräsmaschine zeigt Verschleißerscheinungen. Diese Abnutzung wird von Sensoren gemessen und an die nachgelagerten Systeme weitergeleitet. Dort entsteht ein digitaler Zwilling der realen Fräsmaschine. Das IT-System bemerkt nun den Verschleiß der Maschine, da die von den Sensoren gemessene Abnutzung einen definierten Schwellenwert übersteigt und schlägt Alarm. Diese Meldung löst automatisch Ereignisse in weiteren angebundenen IT-Systemen aus:

  • Das Instandhaltungssystem erstellt ein Support-Ticket mit einer Wartungsanfrage.
  • Das ERP-System überprüft, ob die nötigen Ersatzteile vorhanden sind und bestellt gegebenenfalls Material nach.
  • Das APS-System registriert den Ausfall der Maschine und passt zukünftige Planungsvorgänge ­entsprechend an.

Vernetzung ist entscheidend

Dieses Praxisbeispiel zeigt, dass ein digitaler Zwilling niemals losgelöst existieren kann. Er bildet immer ein Netzwerk mit anderen Software-Systemen des Unternehmens. Somit ist er zugleich Informationsquelle und Schnittstelle für andere Systeme, um bestimmte Aktionen hervorzurufen. Die wichtigsten Voraussetzungen für seinen Einsatz und die Digitalisierung von Unternehmen sind daher durchgängige Prozesse und Datenflüsse sowie eine integrierte IT-Landschaft. Die Systeme entlang der Wertschöpfungskette müssen miteinander vernetzt sein. Werden ganze Fabriken abgebildet, kommen noch weitere Daten, beispielsweise aus BIM- und Facility-Management-Systemen, hinzu.

Überwachen und entscheiden

Durch den digitalen Zwilling können Unternehmen ihre Produktionsumgebung und Maschinen ortsunabhängig in Echtzeit überwachen, komplexe Simulationen durchführen und Automatisierungs-Workflows entwerfen. Das bildet die Grundlage für fundierte Entscheidungen und die Digitalisierung in der Fertigung.

 


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