Wie die digitale Zwillingstechnologie die Talentlücke in der Fertigung überbrückt

Das Konzept des digitalen Zwillings, bei dem eine Organisation ihre Geschäftstätigkeit virtuell abbildet, gibt es seit Jahrzehnten in unterschiedlicher Form, hat sich aber in den letzten Jahren stark gewandelt.

Früher wurden digitale Zwillinge mithilfe von Tabellenkalkulationen erstellt, um Daten einzugeben und potenzielle Ergebnisse verschiedener Szenarien anzuzeigen. Dank der Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und der virtuellen Realität hat sich die digitale Zwillingstechnologie mit schnelleren und genaueren Projektionen weiterentwickelt, die auf endlosen Datenströmen basieren, auf die von überall auf der Welt zugegriffen werden kann. Es schafft im Wesentlichen ein „Metaversum“ für produzierende Unternehmen.

Durch die direkte Einspeisung von Daten und die Anwendung von maschinellem Lernen ermöglicht die Digital-Twin-Technologie einer Fertigungsanlage, die Daten in Echtzeit zu nutzen, um intelligenter und effizienter zu werden. Dies geschieht durch die Identifizierung von Lücken im Herstellungsprozess und die Vorhersage des Zeitpunkts von Wartungsarbeiten oder Produktionsfehlern mit zunehmender Genauigkeit beim Sammeln von Informationen. Diese Probleme frühzeitig zu managen oder bevor sie auftreten, verhindert Ausfallzeiten und Produktivitätsverluste.

Da der Fertigungssektor mit einem Fachkräftemangel zu kämpfen hat, hilft die digitale Zwillingstechnologie Führungskräften, trotz Ressourcenbeschränkungen eine produktive und sichere Fabrikhalle aufrechtzuerhalten.

Unterstützung von Lean Operations

Da erfahrene Fertigungsarbeiter in den Ruhestand gehen und nur wenige Fachkräfte als Ersatz zur Verfügung stehen, sieht sich die US-Industrie seit mehreren Jahren mit einem Fachkräftemangel konfrontiert. Die große Resignation, die durch die COVID-19-Pandemie angeheizt wurde, hat die Herausforderung nur noch verstärkt.

Während Hersteller Schwierigkeiten haben, neue Talente anzuziehen, einzubinden und auszubilden, dient die digitale Zwillingstechnologie vielen Herstellern als Lebensader. Unternehmen verwenden es, um verschiedene Gerätekonfigurationen zu testen, um die produktivsten Optionen zu finden und Ausfallzeiten zu vermeiden. Darüber hinaus ermöglicht die Automatisierung vielen Fertigungsbetrieben, die Produktion trotz Reduzierung der verfügbaren Arbeitskräfte fortzusetzen. Ein einzelner Maschinenbediener kann mehrere Maschinen autonom betreiben, da der digitale Zwilling Daten analysiert, um zu sehen, wie sich unterschiedliche Eingaben und Prozesse auf die Produktivität auswirken.

Die digitale Zwillingstechnologie ist besonders nützlich in der Prototyping-Phase der Fertigung, in der Teams mehrere Iterationen eines Produkts entwickeln, um zu bestimmen, welches Design und welche Materialien das beste Endstück ergeben. Digitale Zwillinge können den Prototyping-Prozess rationalisieren, um die Markteinführungszeit zu verkürzen und gleichzeitig die Kosten zu senken. Digitale Zwillingsprototypen sind digitale Renderings, mit denen Designteams sehen können, wie sich verschiedene Modelle in der realen Welt verhalten, ohne Materialien und Produktionszeit für mehrere mögliche Iterationen aufzuwenden. Der Prototyp kann Informationen zu den physikalischen Attributen, Eigenschaften, Betriebsparametern, Stücklisten, Teilenummern und mehr enthalten. Mit einem digitalen Prototypen können Produkte viel früher im Prozess aufgebaut und Simulationen mit Virtual Reality durchgeführt werden. Änderungen können schnell vorgenommen werden, um das Design zu verbessern, bevor die physischen Maschinen gebaut werden.

Wenn die traditionelle Time-to-Market zwei bis drei Prototyping-Zyklen erfordert, kann der Einsatz eines digitalen Zwillings in der frühen bis mittleren Phase einen ganzen Prototyping-Zyklus eliminieren, wodurch Zeit, Ressourcen und Kosten reduziert werden.

Optimierung der Arbeitsplatzbedingungen

Durch die Berücksichtigung der Anzahl der Mitarbeiter, die zu einem bestimmten Zeitpunkt arbeiten, sowie deren Qualifikationsniveau und Ausrüstungsbedarf, kann ein digitaler Zwilling simulieren, wie sich die Produktivität durch die Versetzung bestimmter Mitarbeiter in andere Bereiche auswirkt. Es kann den Arbeitsablauf ausbalancieren und vorhersagen, welche Kombinationen von Arbeitern und Geräten am produktivsten sind.

Ein digitaler Zwilling kann auch Fehler basierend auf Faktoren wie dem Alter der Ausrüstung, den verwendeten Materialien, Wartungsaufzeichnungen und anderen Datenpunkten vorhersagen, sodass die Mitarbeiter vorbeugende Wartungen priorisieren können, um unnötige Ausfallzeiten zu vermeiden.

Im Falle eines Geräteausfalls ermöglichen digitale Zwillinge eine virtuelle Fehlersuche, sodass das Personal Fehlerursachen und mögliche Lösungen untersuchen kann. Dies reduziert den unnötigen Zeit- und Arbeitsaufwand für die Diagnose des Problems und die manuelle Suche nach einer Lösung. Führungskräfte können dann die Hilfe des richtigen Spezialisten in Anspruch nehmen, um das Problem zu beheben, anstatt jedes potenzielle Geräteproblem durchzugehen. Da der digitale Zwilling auf einem Hochleistungscomputer läuft, können Analysen und Simulationen in Minuten statt in Stunden oder sogar Tagen durchgeführt werden.

Schritte zur Implementierung

Sobald Führungskräfte die potenziellen Vorteile der Digital-Twin-Technologie kennen, können Führungskräfte in der Fertigung den Implementierungsprozess vorantreiben. Bei der Einführung der neuen Technologie ist es wichtig, diese wichtigen Schritte zu unternehmen:

• Lege deine Ziele fest. Bevor Sie mit dem technischen Prozess zur Erstellung eines digitalen Zwillings beginnen, legen Sie fest, was der digitale Zwilling tun wird. Welches geschäftsbezogene Problem soll gelöst werden? Wird es Überwachungsgeräte sein, um Fehler zu melden? Fehler vorhersagen und vorbeugende Wartung empfehlen? Oder führen Sie Simulationen durch, um zu sehen, wie sich verschiedene Aktivitäten auf die Produktivität auswirken? Digitale Zwillingsdaten können dem Unternehmen dabei helfen, die erforderlichen Probleme zu lösen, wie z. B. die Vorhersage der vorbeugenden Wartung, können aber auch auf andere Bereiche der Verbesserung hinweisen, da die Daten des digitalen Zwillings immer intelligenter werden und mehr Daten gesammelt werden. Es stellt sich auch die Frage, was überwacht werden muss. Sie benötigen einen digitalen Zwilling für eine Maschine oder Produktionslinie oder einen größeren der gesamten Anlage? Obwohl es verlockend sein mag, jeden Aspekt der Anlage zu überwachen, konzentrieren Sie sich auf die Bereiche, die den größten Return on Investment bringen. Digitale Zwillinge können später immer noch erweitert werden.
• Finden Sie die richtige Software. Für Hersteller ist die Wahl eines digitalen Zwillings-Erstellers wie die Wahl jedes anderen Tools im Shop – denken Sie an die Anwendung, die Ziele und was Sie brauchen, um sie zu erreichen. Wenn Sie nur die Betriebseffizienz von Geräten überwachen möchten, sollte ein begrenzter digitaler Zwilling ausreichen, während für die Durchführung von Simulationen fortschrittlichere Technologie erforderlich ist.
• Importieren Sie CAD-Modelle und -Daten. Hier fangen die Dinge wirklich an, zusammenzukommen. Durch den Import von CAD-Modellen (Computer Aided Design) und anderen Datenströmen in die Software können Sie den digitalen Zwilling aufbauen. Je nachdem, wie komplex der digitale Zwilling sein wird (Überwachung versus Simulation, Einzelmaschine versus komplette Anlage), variieren die Daten, die für eine genaue virtuelle Darstellung benötigt werden. Erwarten Sie im Allgemeinen, dass Sie so viele Datenströme wie möglich exportieren, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
• Stellen Sie eine sichere Verbindung her. Da digitale Zwillinge die ständige Übertragung von Daten zwischen Systemen erfordern, sind sichere Netzwerke unerlässlich, um die Hauptproduktionsanlage vor Hacking oder anderen Störungen zu schützen. Fragen Sie bei der Auswahl einer digitalen Zwillingsplattform nach den Sicherheitsmaßnahmen zur Risikominimierung.
• Skala planen. Selbst wenn Sie mit einem digitalen Zwilling für nur eine Maschine oder Linie klein anfangen, wird die benötigte Rechenleistung wahrscheinlich über jedes Standardsystem in der Werkstatt hinausgehen. Wenn Sie Tools und Plattformen in Betracht ziehen, planen Sie die Skalierung und nutzen Sie Cloud-Technologie, um sicherzustellen, dass Raum für Wachstum bleibt, wenn Sie später andere Maschinenlinien hinzufügen.

Die Einrichtung eines digitalen Zwillings kann Herstellern helfen, die Produktivität und Sicherheit in der Werkstatt zu verbessern, aber für den Erfolg müssen einige Bedingungen erfüllt sein. Der Zugriff auf genaue Daten ist ebenso wichtig wie die Gewährleistung eines sicheren Netzwerks. Über die technischen Spezifikationen hinaus müssen Führungskräfte ausreichende Schulungen, Kommunikation und Anreize bieten, um sicherzustellen, dass alle Mitarbeiter in den Prozess eingebunden sind. Ein effektives Change Management ist der Schlüssel zu einer erfolgreichen Implementierung. Anbieter müssen die Vorteile digitaler Zwillinge aufzeigen und ihre Mitarbeiter in der Nutzung der Plattform schulen. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Genauigkeit zwar nicht immer 100% beträgt, insbesondere am Anfang, aber selbst bei 80% bis 90% der digitale Zwilling die Ergebnisse leicht verbessern kann und sich weiter verbessern wird, wenn er mehr Daten empfängt und analysiert.

Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Partner in diesem Bereich hilft auch Herstellern, Werte zu realisieren. Ein Anbieter eines digitalen Zwillings, der die Einzelheiten der Einrichtung einer bestimmten Anlage, der verwendeten Geräte und der branchenspezifischen Herausforderungen versteht, kann einen digitalen Zwilling besser erstellen, der den Anforderungen und Zielen des Unternehmens entspricht.

CV Ramachandran ist Experte für digitale Transformation und Betriebsverbesserung und Vignesh Ramesh ist Experte für digitale Gesundheit bei PA Consulting.