Digitale Zwillinge in der Fertigung: Greifbare Vorteile für mehr Effizienz

Der Fertigungssektor steht vor enormen Herausforderungen. Lieferengpässe, hohe Nachfrage und volatile Märkte zwingen Unternehmen zu neuen Strategien, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Viele Hersteller setzen auf Industry-4.0-Innovationen – Industrial IoT, Künstliche Intelligenz, Cloud Computing –, um Produktivität zu steigern, Betriebskosten zu senken und auf veränderte Marktbedingungen zu reagieren.

Digitale Zwillinge, eine neue Technologie, die IoT, KI und andere Technologien nutzt, um eine hochpräzise virtuelle Kopie einer realen Anlage zu simulieren, können Eigentümern ein besseres Verständnis von Anlagenabläufen und potenziellen Produktivitätshemmnissen vermitteln.

Was sind Digitale Zwillinge?

Digitale Zwillinge sind virtuelle Abbilder eines bestehenden Objekts, Produkts, Workflows oder einer Anlage. Sie sind so konzipiert, dass sie ihrem Original so genau wie möglich entsprechen – idealerweise so weit, dass der Zwilling als Replika fungieren kann.

Beispiel: Der digitale Zwilling eines Gebäudes kann ein 1:1-Modell sein. Er kann dieselben HLK-Systeme, Sanitär, Beleuchtung und sogar Materialien haben. Daten von vernetzten Sensoren – IoT-Luftstrom, Personenverkehr, Beleuchtungsmonitoring – liefern zusätzliche Daten.

Die hohe Fidelität der Replik ermöglicht Endnutzern diverse Nutzungsszenarien: Simulation, Prognose, Visualisierung von Gebäudeprozessen.

Ein Nutzer nutzt HLK-Modellierung und Luftstromalgorithmus, um Schwachstellen in der Klimaanlage zu identifizieren. Ein anderer wandelt IoT-Daten in ein Echtzeit-Monitoring-System um, das leistungsstarke Visualisierungen von Gebäudenetzen und Performance bietet.

Neben Gebäudemodellierung können Unternehmen digitale Zwillinge auch für Objekte und Prozesse in unterschiedlichen Skalen einsetzen – von der gesamten Lieferkette bis hin zu einzelnen Anlagenmaschinen oder Komponenten.

Der Digitale Zwilling in der Fertigung

Digitale Zwillinge bieten Fertigungsanlagenbetreibern vielfältige potenzielle Vorteile – verbessertes Monitoring, gestraffte Qualitätskontrolle, Datenvisualisierung.

IIoT-Daten visualisieren

Digitale Zwillinge harmonieren hervorragend mit IIoT-Monitoring-Flotten, die im Fertigungssektor zunehmend verbreitet sind. IIoT-Monitordaten können genutzt werden, um präzisere Zwillinge zu erstellen und die Prognosekraft des Modells zu verbessern.

Endnutzer können IIoT-Daten mithilfe des digitalen Zwillings visualisieren – das reduziert Verwirrung beim Parsen der riesigen Datenmengen, die IIoT-Systeme erfassen.

Beispiel: Ein Unternehmen nutzt IIoT und einen bestehenden Anlagen-Zwilling, um Luftstrom, Personenverkehr oder Warenbewegung darzustellen. Gibt es signifikante Produktionsengpässe – wie ein Förderband, das den Durchsatz limitiert –, hilft die Visualisierung Managern, diese zu identifizieren.

Derselbe Ansatz deckt auch Layout-Ineffizienzen, Verkehrsengpässe, Wartungsalarme oder potenzielle Sicherheitsverstöße auf.

Egal welche Daten ein IIoT-Sensor erfasst – sie lassen sich an einen Ort im oder am digitalen Zwilling binden, sodass Manager wertvolle IIoT-erfasste Informationen zur realen Anlagenperformance besser verstehen.

Vorausschauende Wartung & Echtzeit-Geräteüberwachung

Vernetzte Sensoren und Maschinen melden kontinuierlich Leistungsdaten der Anlagenausrüstung. Diese Daten fließen in den digitalen Zwilling und geben Managern einen Vogelperspektiv-Blick auf den Maschinenzustand.

Verhält sich eine Maschine im Vergleich zum Baseline ungewöhnlich, warnt das System Manager – mit exakter Position des Problems. Ein digitaler Zwilling kann das exakt defekte Bauteil identifizieren.

Eine präventive Wartungsstrategie kombiniert mit Echtzeit-Monitoring hilft Eigentümern, Wartungskosten zu senken und Ausfallrisiken zu reduzieren.

KI geht noch weiter: Historische IIoT-Maschinensensordaten kombiniert mit Herstellerdaten trainieren einen Algorithmus, der vorhersagen kann, wann Maschinen ausfallen. Die Nutzung vorhandener Daten ermöglicht eine Predictive-Maintenance-Strategie, die Betriebskosten und Ausfallzeiten weiter reduziert.

Upgrades und Layout-Änderungen planen

Der digitale Zwilling ist besonders nützlich bei Audit und Planung von Upgrades oder Reorganisation der Anlage. Beispiel: Häufige Layout-Fehler in Fertigungslinien werden offensichtlicher, wenn man den digitalen Zwilling mit Verkehrs- oder Ressourcenflussdaten kombiniert, die zeigen, wo Arbeiter und Waren steckenbleiben.

Digitaler Zwilling und HLK-Systemmodellierung erlauben Bewertung der aktuellen Systemeffektivität und Simulation, wie ein neuer HLK-Betrieb Luftstrom verbessern, Anlagenkomfort steigern und Luftqualität sichern würde.

Manche Unternehmen müssen Industriestandards zur Arbeitnehmerbelastung durch luftgetragene Partikel einhalten. Manager können Luftqualitätsmodelle nutzen, um diese Belastung zu simulieren – und prüfen, ob ein Upgrade effizient genug ist, um Arbeitnehmer zu schützen.

Anlagenprozesse analysieren

Digitale Zwillinge helfen Managern, besser zu verstehen, wie ihre Anlage funktioniert und in die Gesamtstruktur des Unternehmens passt. Sie können Workflows, Prozesse und Lieferketten modellieren – eine Kombination erlaubt Managern, "herauszuzoomen" und den Warenfluss von Lagern und Zulieferern zu beobachten.

Derselbe Technologie erlaubt auch "hineinzuzoomen" und die Bewegung einzelner Komponenten und Artikel durch die Anlage zu betrachten. RFID-Tracker an Paletten oder Teilen liefern Managern ein Bild davon, wie Waren durch ihre Anlage und den Fertigungsprozess wandern.

Daten dieser Systeme verbessern auch Rückverfolgbarkeitsinitiativen. Die richtigen Informationen bestimmen Quellmaterialien und Fertigungsbedingungen für jeden Artikel, der die Produktionslinie verlässt.

Hersteller, die Probleme bei einem bestimmten Los vermuten, können Manager Produktionsdaten prüfen lassen, um die wahrscheinlich betroffenen Artikel zu identifizieren – und den Rückrufumfang zu reduzieren.

Digitale Zwillinge zur Optimierung von Fertigungsprozessen einsetzen

Digitale Zwillinge könnten eines der besten Werkzeuge sein, die Hersteller für die Anpassung an neue Marktbedingungen haben.

Manager können die Technologie nutzen, um Daten von IIoT-Flotten oder KI-Algorithmen effektiver zu visualisieren. Ein digitaler Zwilling hilft auch, Anlagenabläufe zu simulieren und potenzielle Schwachstellen oder Engpässe in Workflows zu identifizieren.

Digitale Zwillinge könnten zu einer essenziellen Investition für Hersteller werden, da Marktvolatilität und wachsende Nachfrage Fertigungseffizienz wichtiger machen.