Wie wir dauerhaft echte Mehrwerte schaffen. 

Gastbeitrag | Autor: mit Dr. Stefan Hennig, Bereichsleiter TRANSCONNECT® | SQL Projekt AG

Ein digitaler Zwilling einer Maschine oder einer ganzen Fertigungslinie verspricht, die Alltagsprobleme von Fertigungsbetrieben — konkret: mangelnde Transparenz — zu lösen. Doch einen digitalen Zwilling allein auf das Schaffen von Transparenz zu reduzieren, verspielt wertvolles Potenzial. Mit der richtigen Methodik kann der gesamte Wertschöpfungsprozess für wettbewerbsstärkende Innovationen geöffnet werden.

An einer Linie eines Fertigungsbetriebs steht die Produktion. Gefertigte Zwischenprodukte stauen sich an einer Arbeitsstation. Die Arbeiter der Station schauen auf den bewegungslosen Roboter, der Zwischenprodukte zur Weiterverarbeitung der nächsten Station zuführt. “Da haben die Kollegen dort drüben wohl ein Problem?!”, denken sich die Arbeiter. Erst jetzt wird gemeinsam mit den Kollegen erkannt, dass der Roboter defekt ist. Produktionsausfälle wie diese sind vermeidbar – mit einem digitalen Zwilling. 

Alltagsprobleme in Produktionsbetrieben sind eine zu geringe Auslastung der Maschinen, Anlagen und Mitarbeiter, zu hohe Stückkosten aufgrund gestiegener Ressourcen-, Material- und Lohnkosten, unnötige Stillstände aufgrund von Intransparenz in den Abläufe sowie ineffiziente Abläufe aufgrund verteilter und inkonsistenter Informationsbestände. 

Mittels durchgängiger Transparenz und einheitlichen Zugangspunkten zu konsistenten Informations- und Datenbeständen, können Engpässe, Ausfälle und freie Kapazitäten schneller erkannt, die Auslastung optimiert und damit die Stückkosten reduziert werden. Das leistet ein digitaler Zwilling.

Doch was ist ein digitaler Zwilling und wie kommt man dorthin?

Digitaler Zwilling

Zentrales Element der Industrie 4.0 ist die von der Plattform Industrie 4.0 definierte und im RAMI4.0 spezifizierte I4.0-Komponente. Sie besteht aus einem physischen Asset und einer Verwaltungsschale. Die Verwaltungsschale definiert alle Merkmale des physischen Assets und bietet damit einen Schnittstellenvertrag zwischen allen Assets eines Industrie-4.0-Systems. Die Aggregation aller Verwaltungsschalen kann als digitales Abbild dieses Systems betrachtet werden: Die Verwaltungsschalen von Maschinenkomponenten wie Sensoren oder Schrittmotoren werden in der Verwaltungsschale der Maschine zusammengeführt, die aller Maschinen in der Verwaltungsschale der Fertigungslinie und so weiter. 

Die Begriffe digitaler Zwilling und Verwaltungsschale werden oft synonym verwendet. Zu Recht. Denn ein digitaler Zwilling ist ein vollständig digitales Abbild einer Maschine, einer Fertigungslinie oder einer gesamten Anlage über alle Lebensphasen hinweg. Die einzelnen Zustände dieser Maschinen und Anlagen sind digital erfasst und mit allen relevanten Informationen aus den umliegenden Systemen zu einem durchgängig konsistenten Zustandsbild zusammengesetzt. Die Verwaltungsschale stellt dafür das technische Fundament bereit. 

Umsetzung digitaler Zwillinge

TRANSCONNECT® als zentrale Datendrehscheibe bietet die ideale Voraussetzung für die Abbildung digitaler Zwillinge. Auf Basis von mehr als 300 verschiedener Adapter führt TRANSCONNECT® die Daten aus dem Shopfloor (Maschinen, IoT-fähiger Messgeräte, MES etc.) mit den Informationen aus dem Topfloor (ERP, Webshops, Dokumenten-Management etc.) zusammen, historisiert diese und schafft somit ein ganzheitlich konsistentes Zustandsbild, das alle Lebensphasen der Maschinen und Anlagen einbezieht. 

© SQL Projekt AG

Im Mittelpunkt steht dabei natürlich die I4.0-Verwaltungsschale. Die entsprechenden Modelle hält TRANSCONNECT® in einer inneren Datenbasis. Über einen zentralen Endpunkt können nun alle Informationen „erfragt“ und damit Dashboards, Reports oder Alarmsysteme gespeist werden.  

Der Aufbau eines Digitalen Zwillings muss sich aber an den Wertschöpfungs- und Geschäftsprozessen orientieren. Wir haben mit Unternehmen gesprochen, die monatelang Modelle und Verwaltungsschalen definiert haben, um Vollständigkeit zu erreichen. Doch nur ein Bruchteil der Informationen wird tatsächlich benötigt — und das rückt erst Monate und Tausende Euro später ins Bewusstsein. 

Wir gehen anders vor: Die Entwicklung digitaler Zwillinge muss vom Geschäftsmodell und damit vom Geschäftsprozess her gedacht werden. Kernfragen bei dem Aufbau eines digitalen Zwillings sind: 

• Die Erhebung und Transparenz welcher Informationen tragen zur Wertschöpfung bei? 
• Wie ordnen sich diese Informationen in die Geschäftsprozesse ein bzw. welchen Mehrwert liefern sie? 

• Welche neuen Geschäftsprozesse sind auf Basis dieser Informationen denkbar und wie beflügelt das das bestehende Geschäftsmodell? 
• Welche neuen Geschäftsmodelle sind jetzt denkbar? 

Der Erfolgsgarant für digitale Zwillinge in Produktionsbetrieben ist die Methodik, die der Entwicklung, Einführung und der dauerhaften Verbesserung digitaler Zwillinge zugrunde liegt. Ein bewährtes und in unzähligen Kundenprojekten erprobtes Vorgehensmodell ist unser AGILE INTEGRATION FRAMEWORK, das sich wesentlicher Elemente der agilen Software-Entwicklung bedient. Die folgende Abbildung zeigt, dass es sich um ein zyklisch iteratives Vorgehensmodell handelt. Es kann als Navigationssystem durch beliebig komplexe Integrationsvorhaben verstanden werden. 

© SQL Projekt AG

In der Positionsbestimmung wird der aktuelle Engpass in den Wertschöpfungsprozessen herausgestellt und ein Wunschzustand definiert, der mit strategischen Handlungsoptionen untersetzt wird. Um diesen Engpass herum wird eine Mannschaft aus Könnern zusammengestellt, die in einem Navigationsworkshop den Engpass aus den Perspektiven Strategie, Markt und Systeme & Prozesse beleuchtet. Im Ergebnis wird ein Digitalprozess definiert, der mithilfe eines digitalen Zwillings den Engpass im darauffolgenden Umsetzungssprint löst. Das regelmäßige Durchlaufen dieses Zyklus‘ stellt sicher, dass der digitale Zwilling passgenau an den Geschäfts- und Wertschöpfungsprozessen ausgerichtet wird. 

Greifen Methodik und Technik so passgenau ineinander wie das AGILE INTEGRATION FRAMEWORK und TRANSCONNECT® wird bei der Entwicklung digitaler Zwillinge sowie allgemein in Integrations- und IIoT-Projekten beliebiger Komplexität schnell ein erfahrbarer Nutzen geliefert und diese mit dauerhaftem Erfolg umgesetzt. 

WEBINAR | 15.02.2022

Der Digitale Zwilling soll den Weg zur intelligenten Fabrik ebnen. Doch welchen Nutzen bietet er heute bereits in der Praxis – gerade für mittelständische Maschinenbauer und Endanwender? Die TechTalks zum Thema „Der Digitale Zwilling: Vom Mythos zum Must-have!“ gehen der Sache auf den Grund.