Der Digital Twin

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

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 tendiert 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 Anwendern, viel flexibler und effizienter zu agieren und ihre Fertigung individuell anzupassen.

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Digitaler Zwilling von Produkt, Produktion und Leistung

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Das digitaler Zwilling des Produkts entsteht bereits in der Definitions- und Entwurfsphase eines geplanten Produkts. 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 geringstmöglichen Luftwiderstand? Funktioniert die Elektronik zuverlässig? Egal, ob es um Mechanik, Elektronik, Software oder Systemleistung geht, mit dem digitalen Zwilling können all diese Elemente im Voraus getestet und optimiert werden.

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. Mit diesem Simulationsverfahren kann die Produktion im Vorfeld mit PLC-Codegenerierung und virtueller Inbetriebnahme optimiert werden. Dadurch können Fehler- oder Ausfallquellen identifiziert und verhindert werden, bevor der eigentliche Betrieb beginnt. Das spart Zeit und schafft die Grundlage für eine maßgeschneiderte Massenproduktion, da selbst hochkomplexe Produktionswege mit minimalem Aufwand in kürzester Zeit berechnet, getestet und programmiert werden können.

Im Gegenzug ist der 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. Dies wiederum ermöglicht eine vorausschauende Wartung, um Ausfallzeiten zu vermeiden und den Energieverbrauch zu optimieren. Und einige Unternehmen nutzen datengetriebene Dienste, um neue Geschäftsmodelle zu entwickeln, wie das Beispiel des Maschinenbauunternehmens Heller zeigt. Gleichzeitig kann datengetriebenes 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: Über eine zentrale Datenplattform wird der gesamte Wertschöpfungsprozess der Industrie digitalisiert. Intelligente industrielle Kommunikationsnetzwerke sorgen für einen 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 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 modernste 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. So nutzt beispielsweise der Sondermaschinenhersteller Bausch + Ströbel die Digitalisierung als Schlüssel zur Durchgängigkeit seines Engineerings. Das Unternehmen rechnet bis 2020 mit einer Effizienzsteigerung von mindestens 30 Prozent, allein dank der Zeitersparnis beim Engineering.Ebenso setzt Schunk — der Weltmarktführer für Spanntechnik und Greifsysteme — bereits Digitalisierungslösungen für seine elektrisch gesteuerten Greifsystemkomponenten ein. Dieses neue Engineering-Verfahren wird zu deutlich kürzeren Projektzeitplänen, einer schnelleren Inbetriebnahme und einer erheblichen Steigerung der Effizienz beim Bau ähnlicher Anlagen führen.

Auf jeder Ebene

Durch die Vernetzung von Maschinen untereinander und mit übergeordneten Systemen können Ressourcen und Produktionsdaten zentral verwaltet werden. 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 Aufträgen 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, ebenso 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 umfangreiches Dokumentations- und Auswertesystem und hat eine extrem niedrige Fehlerquote in der Produktion erreicht.

Und auch in der Prozessindustrie sorgt der digitale Zwilling für mehr Effizienz und Produktivität: Mit dem Schritt vom Integrated Engineering zu Integrated Operations ermöglicht Siemens Unternehmen der Prozessindustrie den Aufbau eines umfassenden Datenmodells von der Anlagentechnik bis zum Betrieb. 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.

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