Der Digital Twin

Digitale Zwillinge sind in der Industrie von zentraler Bedeutung und verändern Prozesse entlang der Wertschöpfungskette. Als virtuelle Repräsentationen von Produkten, Prozessen oder Leistungen verknüpfen sie Phasen mit Daten, steigern die Effizienz, reduzieren Ausfälle, verkürzen Zyklen und erschließen Chancen, die einen dauerhaften globalen Vorteil schaffen.

Autonome digitale Zwillinge entlang der gesamten Wertschöpfungskette

Um das volle Potenzial des digitalen Zwillings auszuschöpfen, müssen reale Systeme nicht nur miteinander vernetzt sein: Sie müssen auch die Fähigkeit entwickeln, autonom zu „denken“ und zu handeln. Die Entwicklung geht in Richtung künstlicher Intelligenz, von der einfachen gegenseitigen Wahrnehmung und Interaktion bis hin zur Kommunikation und unabhängigen Optimierung. Dies erfordert auch integrierte Informationssysteme, die einen kontinuierlichen Informationsaustausch ermöglichen.

Die Entwicklung digitaler Zwillinge erfordert leistungsstarke Softwaresysteme, die sie entlang der gesamten Wertschöpfungskette implementieren können — für die Planung und Konstruktion von Produkten, Maschinen und Anlagen sowie für den Betrieb von Produkten und Produktionssystemen. Dies ermöglicht es den Benutzern, viel flexibler und effizienter zu handeln und ihre Fertigung individuell zu gestalten.

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Digitaler Zwilling von Produkt, Produktion und Leistung

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Die digitaler Zwilling des Produkts wird bereits in der Definitions- und Entwurfsphase eines geplanten Produkts erstellt. Dies ermöglicht es Ingenieuren, Produkteigenschaften je nach den jeweiligen Anforderungen zu simulieren und zu validieren: Ist das Produkt beispielsweise stabil und lässt es sich intuitiv bedienen? Bietet die Karosserie den niedrigstmöglichen Luftwiderstand? Funktioniert die Elektronik zuverlässig? Egal, ob es um Mechanik, Elektronik, Software oder Systemleistung geht, der digitale Zwilling kann verwendet werden, um all diese Elemente im Voraus zu testen und zu optimieren.

Das Gleiche gilt für die digitaler Zwilling der Produktion. Es umfasst jeden Aspekt, von den Maschinen und Anlagensteuerungen bis hin zu ganzen Produktionslinien in der virtuellen Umgebung. Dieses Simulationsverfahren kann verwendet werden, um die Produktion mit PLC-Codegenerierung und virtueller Inbetriebnahme im Voraus zu optimieren. Dadurch können Fehler- oder Ausfallquellen identifiziert und verhindert werden, bevor der eigentliche Betrieb beginnt. Das spart Zeit und legt die Grundlage für eine maßgeschneiderte Massenproduktion, da selbst hochkomplexe Produktionswege mit minimalen Kosten und Aufwand in sehr kurzer Zeit berechnet, getestet und programmiert werden können.

Der Reihe nach digitaler Zwilling der Leistung wird ständig mit Betriebsdaten von Produkten oder der Produktionsanlage gefüttert. Dadurch können Informationen wie Statusdaten von Maschinen und Energieverbrauchsdaten von Fertigungssystemen ständig überwacht werden. Dadurch ist es wiederum möglich, vorausschauende Wartungsarbeiten durchzuführen, um Ausfallzeiten zu vermeiden und den Energieverbrauch zu optimieren. Und einige Unternehmen nutzen datengestützte Dienste, um neue Geschäftsmodelle zu entwickeln, wie das Beispiel des Maschinenbauunternehmens Heller zeigt. Gleichzeitig kann datengestütztes Wissen über Systeme wie Insights Hub (ehemals MindSphere) in die gesamte Wertschöpfungskette bis hin zum Produktsystem eingespeist werden. Dadurch entsteht eine vollständig geschlossene Entscheidungsschleife für den kontinuierlichen Optimierungsprozess.

Umfassendes Angebot an Produkten und Dienstleistungen

Die Siemens Digital Enterprise Suite bietet perfekt aufeinander abgestimmte und integrierte Software- und Automatisierungslösungen für einen umfassenden Ansatz: Eine zentrale Datenplattform wird verwendet, um den gesamten Wertschöpfungsprozess der Industrie zu digitalisieren. Intelligente industrielle Kommunikationsnetzwerke ermöglichen den einfachen Datenaustausch innerhalb der verschiedenen Produktionsmodule und sammeln fortlaufend Betriebsdaten.

Die Defense in Depth-Strategie von Siemens stellt sicher, dass Unternehmen in der Lage sind, den wachsenden industriellen Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, und dass Industrieanlagen effektiv vor internen und externen Angriffen geschützt sind. Standardkonforme Sicherheitsmechanismen — vom Passwortschutz bis hin zur kontinuierlichen Sicherheitsüberwachung — bieten zuverlässigen und maßgeschneiderten Schutz für die digitale Fabrik.

MindSphere dient auch als Plattform für die Entwicklung neuer digitaler Geschäftsmodelle für Industrieunternehmen und vervollständigt das Siemens-Portfolio datengesteuerter digitaler Dienste für das industrielle Umfeld. Es bietet hochmoderne Sicherheitsfunktionen für die Datenerfassung vor Ort und für die Übertragung und Speicherung dieser Daten in der Cloud.

Erste Erfolge

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Mit der Siemens Digital Enterprise Suite können Kunden heute damit beginnen, in zukunftssichere Lösungen für die schrittweise Umsetzung von Industrie 4.0 zu investieren. Zum Beispiel nutzt der Spezialmaschinenhersteller Bausch + Ströbel die Digitalisierung als Schlüssel zu konsistenter Konstruktion. Das Unternehmen erwartet bis 2020 eine Steigerung der Effizienz um mindestens 30 Prozent, allein dank der Zeitersparnis bei der Konstruktion.
Ebenso nutzt Schunk — der Weltmarktführer für Spanntechnik und Greifsysteme — bereits Digitalisierungslösungen für seine elektrisch gesteuerten Greifsystemkomponenten. Dieser neue technische Prozess wird zu deutlich kürzeren Projektzeitplänen, einer schnelleren Inbetriebnahme und einer erheblichen Steigerung der Effizienz beim Bau ähnlicher Anlagen führen.

Auf allen Ebenen

Die Vernetzung von Maschinen untereinander und mit übergeordneten Systemen ermöglicht die zentrale Verwaltung von Ressourcen und Produktionsdaten. Dies gewährleistet Kostenvorteile bei Beschaffung und Betrieb, was bedeutet, dass Auftragsdaten im gesamten Unternehmen verfügbar sind und es möglich ist, optimale Strategien für die Zuweisung von Bestellungen an die verschiedenen Produktionsstandorte innerhalb des Unternehmens zu identifizieren. Darüber hinaus können Materialbestand, Logistikprozesse und Werkzeugverfügbarkeit auf einen Blick gesehen und effizient koordiniert werden.

Dank der verbesserten Dokumentation von Fertigungsprozessen und Produktionsparametern ist das Potenzial, das der digitale Zwilling im Bereich des Qualitätsmanagements bietet, genauso spannend. Wenn Hersteller genau wissen, welche Komponente mit welchen Funktionen, in welchen Produkten und wie sie installiert wurde, können sie gezielt auf potenzielle Probleme reagieren und ihre Prozesse optimieren. In seiner Simatic-Produktionsstätte in Amberg, Deutschland, verwendet Siemens bereits ein umfassendes Dokumentations- und Bewertungssystem und hat eine extrem niedrige Fehlerrate in der Produktion erreicht.

Und auch in der Prozessindustrie sorgt der digitale Zwilling für mehr Effizienz und Produktivität: Mit dem Schritt von Integrated Engineering zu Integrated Operations ermöglicht Siemens Unternehmen der Prozessindustrie, ein umfassendes Datenmodell von der Anlagentechnik bis zum Betrieb aufzubauen. Auch in diesem Bereich sorgt die Digitalisierung für eine kürzere Markteinführungszeit, mehr Flexibilität und höhere Effizienz. Dies gibt Unternehmen die Möglichkeit, erfolgreich auf die Volatilität und Vielfalt der globalen Märkte zu reagieren und ihre Produktivität sowie Energie- und Ressourceneffizienz zu steigern.