Digitale Zwillinge schließen die Fachkräftelücke in der Fertigung

Das Konzept des Digitalen Zwillings, bei dem eine Organisation eine virtuelle Darstellung ihres Geschäftsbetriebs erstellt, existiert in verschiedenen Formen seit Jahrzehnten, hat aber in den letzten Jahren einen gewaltigen Wandel durchlaufen.

Früher wurden Digitale Zwillinge mit Tabellenkalkulationen erstellt, um Daten einzugeben und potenzielle Ergebnisse verschiedener Szenarien zu sehen. Dank Fortschritten in künstlicher Intelligenz und virtueller Realität hat sich die Technologie der Digitalen Zwillinge mit schnelleren, präziseren Prognosen weiterentwickelt, basierend auf endlosen Datenströmen, die von überall auf der Welt abgerufen werden können. Im Grunde schafft sie ein „Metaversum“ für Fertigungsunternehmen.

Durch die Nutzung eines direkten Daten-Feeds und die Anwendung von Machine Learning ermöglicht die Digitale-Zwilling-Technologie einem Fertigungswerk, die Daten in Echtzeit zu nutzen, um intelligenter und effizienter zu werden. Dies geschieht, indem Lücken im Fertigungsprozess identifiziert, der Zeitpunkt von Wartungs- oder Fehlproduktionsproblemen mit zunehmender Genauigkeit vorhergesagt werden, je mehr Informationen gesammelt werden. Das frühzeitige oder vorbeugende Management dieser Probleme verhindert Ausfallzeiten und Produktivitätsverluste.

Da der Fertigungssektor mit einem Mangel an qualifizierten Arbeitskräften zu kämpfen hat, hilft die Digitale-Zwilling-Technologie Führungskräften, einen produktiven, sicheren Shopfloor trotz Ressourcenbeschränkungen aufrechtzuerhalten.

Schlanke Abläufe unterstützen

Mit erfahrenen Fertigungsmitarbeitern, die in den Ruhestand gehen, und wenigen qualifizierten Arbeitskräften, die sie ersetzen können, sieht sich der US-Industriesektor seit mehreren Jahren mit einem Fachkräftemangel konfrontiert. Die „Great Resignation“, befeuert durch die COVID-19-Pandemie, hat die Herausforderung nur verschärft.

Während Hersteller Schwierigkeiten haben, neue Talente zu gewinnen, einzuarbeiten und zu schulen, dient die Digitale-Zwilling-Technologie vielen als Rettungsanker. Unternehmen nutzen sie, um verschiedene Maschinenkonfigurationen zu testen, um die produktivsten Optionen zu finden und Ausfallzeiten zu vermeiden. Zudem ermöglicht Automatisierung vielen Fertigungsanlagen, die Produktion trotz reduziertem Arbeitskräfteangebot aufrechtzuerhalten. Ein einzelner Maschinenbediener kann mehrere Maschinen autonom steuern, während der Digitale Zwilling Daten analysiert, um zu sehen, wie unterschiedliche Eingaben und Prozesse die Produktivität beeinflussen.

Die Digitale-Zwilling-Technologie 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 Endprodukt liefern. Digitale Zwillinge können den Prototyping-Prozess straffen, um die Time-to-Market zu verbessern und Kosten zu senken. Digitale Zwillings-Prototypen sind digitale Renderings, die es Designteams ermöglichen, zu sehen, wie verschiedene Modelle in der realen Welt performen würden, ohne Material und Produktionszeit für mehrere mögliche Iterationen aufzuwenden. Der Prototyp kann Informationen zu physikalischen Attributen, Eigenschaften, Betriebsparametern, Stücklisten, Teilenummern und mehr enthalten. Mit einem digitalen Prototyp können Produkte viel früher im Prozess gebaut und Simulationen mittels Virtual Reality durchgeführt werden. Änderungen können schnell vorgenommen werden, um Designs zu verbessern, bevor die physischen Maschinen gebaut werden.

Wenn die herkömmliche 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 und so Zeit, Ressourcen und Kosten reduzieren.

Arbeitsbedingungen optimieren

Indem ein Digitaler Zwilling berücksichtigt, wie viele Mitarbeiter zu einem bestimmten Zeitpunkt arbeiten, sowie deren Qualifikationsniveaus und Ausrüstungsbedarf, kann er simulieren, wie sich die Produktivität durch die Versetzung bestimmter Mitarbeiter in andere Bereiche auswirkt. Er kann den Workflow ausbalancieren und vorhersagen, welche Kombinationen aus Mitarbeitern und Ausrüstung am produktivsten sein werden.

Ein Digitaler Zwilling kann auch Ausfälle basierend auf Faktoren wie Alter der Ausrüstung, verwendeten Materialien, Wartungsprotokollen und anderen Datenpunkten vorhersagen, was es Mitarbeitern ermöglicht, präventive Wartung zu priorisieren, um unnötige Ausfallzeiten zu vermeiden.

Im Falle eines Geräteausfalls ermöglichen Digitale Zwillinge virtuelles Troubleshooting, sodass Mitarbeiter Ursachen von Ausfällen und mögliche Lösungen untersuchen können. Dies reduziert den Zeit- und Arbeitsaufwand, der manuell für die Diagnose und Lösung des Problems erforderlich wäre. Führungskräfte können dann den richtigen Spezialisten hinzuziehen, anstatt jedes potenzielle Geräteproblem durchzugehen. Da der Digitale Zwilling auf einem Hochleistungsrechner läuft, können Analysen und Simulationen in Minuten statt in Stunden oder sogar Tagen durchgeführt werden.

Schritte zur Implementierung

Sobald die Führungsebene vom Potenzial der Digitalen-Zwilling-Technologie überzeugt ist, können Fertigungsleiter mit dem Implementierungsprozess voranschreiten. Bei der Einführung der neuen Technologie sind folgende Schlüsselschritte wichtig:

• Ziele festlegen. Bevor der technische Prozess der Erstellung eines Digitalen Zwillings beginnt, legen Sie fest, was der Digitale Zwilling leisten soll. Welches geschäftsbezogene Problem soll er lösen? Wird er Ausrüstung überwachen, um Ausfälle zu melden? Ausfälle vorhersagen und präventive Wartung empfehlen? Oder Simulationen durchführen, um zu sehen, wie verschiedene Aktivitäten die Produktivität beeinflussen? Daten des Digitalen Zwillings können der Organisation helfen, die Probleme zu lösen, die sie lösen muss – wie die Vorhersage präventiver Wartung – aber auch andere Verbesserungsbereiche aufzeigen, je mehr Daten gesammelt werden. Es gibt auch die Frage, was überwacht werden muss. Brauchen Sie einen Digitalen Zwilling für eine Maschine oder Produktionslinie oder einen größeren für das gesamte Werk? Obwohl es verlockend sein mag, jeden Aspekt des Werks zu überwachen, konzentrieren Sie sich auf Bereiche, die den größten Return on Investment bringen. Digitale Zwillinge können später immer erweitert werden.
• Die richtige Software finden. Für Hersteller ist die Wahl eines Digitalen-Zwilling-Erstellers wie die Auswahl jedes anderen Werkzeugs in der Werkstatt – denken Sie an die Anwendung, die Ziele und was Sie brauchen, um sie zu erreichen. Wenn Sie nur Ausrüstung auf betriebliche Effizienz überwachen möchten, reicht ein begrenzter Digitaler Zwilling, während für Simulationen fortschrittlichere Technologie erforderlich ist.
• CAD-Modelle und Daten importieren. Hier fügt sich alles zusammen. Das Importieren von Computer-Aided-Design (CAD)-Modellen und anderen Datenströmen in die Software ermöglicht den Aufbau des Digitalen Zwillings. Je nach Komplexität (Überwachung vs. Simulationen, einzelne Maschine vs. gesamtes Betriebsgelände) variieren die benötigten Daten für eine präzise virtuelle Darstellung stark. Im Allgemeinen sollten Sie so viele Datenströme wie möglich exportieren, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
• Sichere Verbindung erstellen. Da Digitale Zwillinge den ständigen Datentransfer zwischen Systemen erfordern, sind sichere Netzwerke entscheidend, um das Hauptfertigungswerk vor Hacking oder anderen Störungen zu schützen. Bei der Wahl einer Digitalen-Zwilling-Plattform fragen Sie nach den vorhandenen Sicherheitsmaßnahmen zur Risikominimierung.
• Für Skalierung planen. Auch wenn Sie klein anfangen mit einem Digitalen Zwilling für nur eine Maschine oder Linie, ist die benötigte Rechenleistung wahrscheinlich größer als jedes Standardsystem im Werk. Wenn Sie Tools und Plattformen evaluieren, planen Sie für Skalierung und nutzen Sie Cloud-Technologie, um sicherzustellen, dass Platz für Wachstum besteht, falls Sie später weitere Maschinenlinien hinzufügen möchten.

Die Einrichtung eines Digitalen Zwillings kann Herstellern helfen, Produktivität und Sicherheit im Werk zu verbessern, aber einige Bedingungen müssen erfüllt sein, um Erfolg zu gewährleisten. Der Zugang zu präzisen Daten ist entscheidend, ebenso wie die Sicherung eines sicheren Netzwerks. Über die technischen Spezifikationen hinaus müssen Führungskräfte ausreichende Schulung, Kommunikation und Anreize bieten, um sicherzustellen, dass alle Mitarbeiter den Prozess mittragen. Effektives Change Management ist der Schlüssel zur erfolgreichen Implementierung. Anbieter müssen die Vorteile Digitaler Zwillinge aufzeigen und Mitarbeiter im Umgang mit der Plattform schulen. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Genauigkeit nicht immer 100 % beträgt, besonders am Anfang, aber selbst bei 80 % bis 90 % kann der Digitale Zwilling Ergebnisse leicht verbessern und wird besser, je mehr Daten er empfängt und analysiert.

Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Partner in diesem Bereich hilft Herstellern ebenfalls, Wert zu realisieren. Ein Digitaler-Zwilling-Anbieter, der die Besonderheiten der Anlagenkonfiguration, die verwendeten Gerätetypen und branchenspezifischen Herausforderungen versteht, wird besser in der Lage sein, einen Digitalen Zwilling zu erstellen, der den Bedürfnissen und Zielen des Unternehmens entspricht.

CV Ramachandran ist Experte für digitale Transformation und operative Verbesserung, und Vignesh Ramesh ist Experte für digitale Gesundheit bei PA Consulting.