Wie Digital Twins die Smart Factories von morgen formen

Im Gespräch mit Siemens' Simon Keogh betrachten wir die Zukunft smarter Fabriken und die Rolle, die Digital Twins dabei spielen werden.

Einfach ausgedrückt: „Eine Smart Factory ist eine vernetzte Fabrik“, sagt Simon Keogh, General Manager, Factory Automation bei Siemens Digital Industries. „Sie haben vollständigen Datenfluss und integrierte Workflows vom Rohmaterialeingang bis zur Fertigwarenproduktion und vom Shopfloor bis zur Stakeholder-Abdeckung.

„Die Smart Factory nutzt diese vernetzte Umgebung wirklich, um Flexibilität und Produktivität der Anlage durch Datennutzung, durch Digital Twins und ständige Optimierung zu maximieren – in manchen Fällen sprechen wir von Selbstoptimierung – aber es gibt noch einen Weg, um dies in den meisten Fertigungsumgebungen zu erreichen.“

Digital Twins: Eine vollständige virtuelle Repräsentation Ihrer Produktionsanlage, Produkte und Maschinen

Herstellern die Fähigkeit zu geben, eine virtuelle Repräsentation ihrer Produktionsanlagen oder Produkte zu erleben: „Der Digital Twin ist ein unglaublich wichtiger Teil einer Smart Factory“, sagt Keogh. „Er ermöglicht einem Hersteller, in dieser virtuellen Umgebung viele der physischen Attribute zu überlagern, die in der physischen Anlage existieren. Dies dient wirklich dazu, die Simulation so realistisch wie möglich zu machen und die Optimierung der feinsten Fähigkeiten zu ermöglichen.

„Digital Twins bieten auch ein virtuelles Closed-Loop-System, wodurch Hersteller so viel simulieren können, wie sie nur können, sodass beim Eintritt in die physische Umgebung das Risiko so weit wie möglich minimiert wurde und das Design-Layout und die Durchläufe ebenfalls optimiert wurden.

„Puristen werden sagen, es sei kein Twin, bis man die virtuelle und die physische Repräsentation hat, aber normalerweise kommt die virtuelle zuerst, gefolgt von der physischen kurz darauf. Aber die Fähigkeit, echte Daten zurück in den Digital Twin zu speisen, während die Produktionslinie oder das Produkt genutzt wird, ermöglicht Herstellern, die gesamte Simulation zu verbessern, was in einer sich ständig verbessernden Umgebung resultiert, in der virtuell und physisch immer näher zusammenrücken.“

Schlüsseltechnologien für den Fortschritt smarter Fabrikfähigkeiten

„Ich denke, einer der wichtigsten ist natürlich die Sensoren, wo wir Daten rund um die Fabrik aufnehmen. Ich denke, es ist wirklich kritisch, weil es alles um eine vernetzte Anlage geht, also zweifellos ermöglichen offene Netzwerke und offene Protokolle uns, diese vernetzte Anlage über viele Technologien und viele verschiedene Hersteller zu erreichen. Natürlich ist die Automatisierungs- und Robotik-Schicht auch unglaublich wichtig in Bezug auf die Automatisierung der Produktion, besonders da Ressourcen knapper werden und viele Produkte komplexer werden, mit viel mehr Vielfalt und maßgeschneiderten Lösungen“, sagt Simon Keogh, General Manager, Factory Automation bei Siemens Digital Industries.

„Ich denke, ein weiterer Bereich sind die Technologien, die in Visualisierung und Analytik involviert sind. Also was wir tatsächlich mit den Daten machen, sobald wir sie aus der Fertigungsanlage genommen haben, ist, sie in Informationen und Insights zu verwandeln, um schnelle Geschäftsentscheidungen zu treffen. Ich denke, in Bezug auf das Schließen des Loops werden Technologien wie Cloud und Industrial Edge es uns ermöglichen, Technologien wie künstliche Intelligenz und Machine Learning zu nutzen.

„Ein Digital Twin kann auf vielen Ebenen der Operationen eines Herstellers implementiert werden; es kann eine digitale Repräsentation einer Maschine, einer Produktionslinie oder einer gesamten Anlage sein. „Um jedoch einen hochoptimierten und hochleistungsfähigen Fertigungssektor zu erreichen, werden die Gewinne daraus als Ergebnis guter Lean-Fertigungspraktiken, denke ich, aus der Nutzung von Digital Twins kommen“, sagt Keogh, der hinzufügt, dass „da Raum immer knapper wird, die Fähigkeit, Anlagenlayouts zu optimieren, kritisch sein wird, so wird die Optimierung des Lebenszyklus, da die Time-to-Market immer kürzer wird. Ich glaube, dass diese Anforderungen durch einen integrierten Digital Twin erreicht werden“, fügt Keogh hinzu.

Digital Twin in Ihre Fertigungsoperationen implementieren

Da viele Hersteller ihre Digital Twins als 2D- oder 3D-CAD-Zeichnung starten, „ist es einfach, diese CAD-Zeichnungen dann zu nehmen und in etwas wie unseren Mechatronics Concept Designer zu importieren, als Beispiel, und dann die physischen Attribute jenes Produkts, jener Maschine oder Anlage zu überlagern, und wir können eine Simulation davon starten, die von einem einfachen Level bis zu einem detaillierteren Level reichen kann, um ‚Was-wäre-wenn?‘-Szenarien, Produktionspläne und Angebot und Nachfrage durchzuspielen. Während Hersteller ihre eigenen Digital Twins entwickeln können, gibt es Lösungs-Partner und Systemintegratoren, die in eine Organisation kommen und Digital Twins erstellen können“, sagt Keogh.

Die nächsten fünf Jahre…

In gewissem Grad sind Digital Twins bereits heute im Einsatz. Wenn die Branche voranschreitet, erwartet Keogh, dass die Nutzung der Technologie expandieren wird, sodass Organisationen eine viel breitere Abdeckung ihrer Produktionsanlage innerhalb eines Digital Twins haben. „Ich denke, wir werden viel stärkere Integration zwischen den verschiedenen Phasen von Design, Engineering, Entwicklung, Produktion und dann durch Servitisierung-Optimierung in Bezug auf Produkt und Produktion sehen, also denke ich, dass diese Integration mehr passieren wird. Ich denke, wir werden anfangen, viele Leute zu sehen, die viele Daten produziert und Data Lakes erstellt haben, um zu analysieren und Insights zu gewinnen, verstehen, dass man diese Arten von Applikationen pilotieren und dann skalieren muss. Also denke ich, wir werden viel mehr davon sehen, statt einfach alle Daten in die Cloud zu gießen“, kommentiert Keogh.

„Und ich denke, wir werden mehr dieser innovativen Technologien wie KI in der Fertigung sehen. Ich glaube nicht, dass wir wirklich einen breitflächigen Einsatz von 5G als Kommunikationsmedium in Fabriken gesehen haben. Aber ich denke, wir werden viel schnellere Netzwerke und viel flexiblere Netzwerklösungen wie 5G sehen. Ich denke, wir werden dies schneller und schneller sehen. Reflektierend auf unsere eigene Entwicklung unserer eigenen Lösungen ist die Geschwindigkeit ziemlich erstaunlich. Wenn ich nur die letzten zwei oder drei Jahre anschaue und was kommt, reden wir eine Minute über einen Trend, die nächste Minute haben wir die Technologie, und es passiert wirklich in hohem Tempo. Während man früher vielleicht auf fünf Jahre geschaut und gesagt hätte: ‚Ja, weißt du, da wird ein bisschen Veränderung sein.‘ Jetzt denke ich, es wird eine signifikante Veränderung geben.

„Es ist in verschiedenen Sektoren natürlich anders, Luftfahrt und Automotive haben immer den Weg in der Technologieeinführung vorgegeben, aber ich denke, wir werden anfangen, viel stärkere Adoption in anderen Sektoren wie Food & Beverage zu sehen, und vielleicht in Sektoren, die viel mehr Gesetzgebung um sich haben und daher in gewissem Grad einen konservativeren Ansatz bei ihrer Technologieadoption haben“, schließt Keogh.