{"id":27147,"date":"2022-04-04T08:00:00","date_gmt":"2022-04-04T08:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/?p=27147"},"modified":"2022-03-31T08:10:50","modified_gmt":"2022-03-31T08:10:50","slug":"was-ist-ein-digitaler-zwilling-und-warum-ist-er-so-wichtig-fuer-die-industrie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/de\/internet-der-dinge-iot\/was-ist-ein-digitaler-zwilling-und-warum-ist-er-so-wichtig-fuer-die-industrie\/","title":{"rendered":"Was ist ein Digitaler Zwilling und warum ist er so wichtig f\u00fcr die Industrie?"},"content":{"rendered":"\n

Das verarbeitende Gewerbe befindet sich weiterhin im Umbruch. Dank der Industrie 4.0 kann die Effizienz in der Produktion und im Betrieb verbessert werden. So werden viele Prozesse und Automatisierungsverbesserungen durch das Industrial Internet of Things (IIoT) verwirklicht. Mithilfe von Sensoren und Aktoren, die in industriellen Prozessen und Produktionsanlagen eingesetzt werden, k\u00f6nnen Analyse- und Kontrollsysteme einzelne Prozesse optimieren und die Produktionseffizienz in Echtzeit steigern. Der Einsatz intelligenter und smarter Sensoren bringt auch maschinelles Lernen und KI-Technologien in die Fertigung.<\/p>\n\n\n\n

Diese Daten erm\u00f6glichen der Betriebsleitung eine bessere \u00dcberwachung der Produktionsabl\u00e4ufe. Die Vorhersage und Simulation weiterer potenzieller Effizienzsteigerungen der physischen Anlagen kann jedoch nur bis zu einem gewissen Grad erfolgen. Der neueste Trend, der noch mehr Produktionseffizienz verspricht, ist der digitale Zwilling.<\/p>\n\n\n\n

In diesem Artikel wird erkl\u00e4rt, was ein Digitaler Zwilling ist, welche Funktionen er hat und wie er in der Produktionsplanung eingesetzt werden kann Au\u00dferdem werden verschiedene L\u00f6sungen f\u00fchrender Anbieter von Industrieautomation vorgestellt, um den Lesern einen tieferen Einblick zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n

Das Zeitalter des digitalen Zwillings<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Technischer Fortschritt f\u00fchrt oft zu Ver\u00e4nderungen. Auch wenn es eine Weile dauern kann, bis sich die Abl\u00e4ufe in einer Branche oder auf einem Markt ver\u00e4ndern, k\u00f6nnen die Auswirkungen mehrere Jahre hinweg andauern. Dies trifft zum Beispiel auf die verabeitende Industrie zu. Der erste Schritt zur computergesteuerten Prozessautomatisierung bestand darin, eine Reihe von Produktionsanlagen mit Sensoren und elektrisch betriebenen Aktoren auszustatten. Der n\u00e4chste Schritt war die Vernetzung dieser Produktionsanlagen. Damit kann dann die Betriebseffektivit\u00e4t und die Effizienz der Anlagen auf Prozessebene \u00fcberwacht und bestimmt werden.<\/p>\n\n\n\n

Vor einem Jahrzehnt hat die vierte industrielle Revolution – Industrie 4.0 – in Verbindung mit dem sich entwickelnden IIoT noch mehr Effizienzsteigerungen durch den Einsatz von vernetzten Sensoren und Steuerungssystemen eingel\u00e4utet. Die Fabrik von heute ist ein schlanker, effizienter und hoch effektiver Betrieb.<\/p>\n\n\n\n

Mit dem technologischen Fortschritt w\u00e4chst auch die M\u00f6glichkeit, mehr Effizienz aus einem bereits effektiven Betrieb herauszuholen. KI-Systeme, die Algorithmen des maschinellen Lernens und batterielose Sensoren mit geringem Stromverbrauch nutzen, beginnen bereits, sich in Echtzeit durch Massen von Produktionsdaten zu w\u00fchlen.<\/p>\n\n\n\n

Ein wichtiger Aspekt, der bisher fehlte, war die M\u00f6glichkeit der Simulation und Modellierung von Produktionsanlagen, Prozessen und in vielen F\u00e4llen der gesamten Fabrik. Wie bei jedem System oder Prozess, ob es sich nun um eine Betriebskostenberechnung oder eine Verpackungsmaschine handelt, kann ein tieferes Verst\u00e4ndnis seiner Funktionen viele Erkenntnisse zutage f\u00f6rdern, die potenzielle Verbesserungen und kommerzielle Vorteile aufdecken k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Vor Jahrzehnten wurde das Konzept des Digitalen Zwillings geboren, um ein digitales Abbild eines Prozesses darzustellen, damit sein Betrieb zu Budgetierungs- und Planungszwecken simuliert und modelliert werden kann. Die Erstellung eines digitalen oder virtuellen Abbilds einer physischen Produktionsanlage erfordert jedoch immense Datenmengen. Mit dem Vormarsch von Industrie 4.0, IIoT und jetzt KI ist ein digitaler Zwilling f\u00fcr industrielle Anwendungen m\u00f6glich – siehe Abbildung 1.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 1 – Die Kombination aus IIoT, dem Zugang zu gro\u00dfen Sensordatenbest\u00e4nden, dem Aufkommen von KI und einem Edge-basierten Datenerfassungsansatz erm\u00f6glicht digitale Zwillinge von industriellen Prozessen und Produkten (Quelle: Schneider Electric)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Vorteile eines Digitalen Zwillings<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Es gibt keine einheitliche Definition von einem Digitalen Zwilling, da er viele Bedeutungen hat. Es kann sich, wie bereits erkl\u00e4rt, um einen Prozess mit maschinellen und menschlichen Interaktionsabl\u00e4ufen handeln. Es kann aber auch ein System, wie zum Beispiel ein Flughafengep\u00e4ckabfertigungssystem oder auch nur ein einzelnes Element in der industriellen Automatisierung, z. B. ein Roboter, sein Roboterentwicklungsteams verwenden einen digitalen Zwilling ihres Produkts, um die Weiterentwicklung und den Betrieb zuk\u00fcnftiger Roboter zu unterst\u00fctzen. <\/p>\n\n\n\n

Egal, wovon Sie einen digitalen Zwilling erstellen, die Chancen stehen gut, dass er Ihnen Einblicke gew\u00e4hrt, die Sie auf keine andere Weise gewinnen k\u00f6nnen. Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild, das mit einer Software und einer Vielzahl von Daten erstellt wird. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, k\u00f6nnte es sich um ein mathematisches Modell handeln, das die Simulation des physischen Gegenstands erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

Obwohl digitale Zwillinge M\u00f6glichkeiten zur Simulation und Modellierung bieten, haben sie noch viel mehr Vorteile. Ein digitaler Zwilling ist ein Endziel; er ist eine kontinuierliche Lernplattform oder ein Rahmen, von dem aus ein Unternehmen einen Prozess, die Funktion eines Produkts oder ein systemweites Ergebnis auf der Grundlage von realen Daten unterst\u00fctzen kann.<\/p>\n\n\n\n

Die Vorteile k\u00f6nnen sehr vielf\u00e4ltig sein, von der Steigerung der Produktivit\u00e4t \u00fcber die Optimierung von Produktionsprozessen bis hin zur Verbesserung der Sicherheit durch die Vorhersage und Vermeidung von Zwischenf\u00e4llen. Von den Erkenntnissen k\u00f6nnen sowohl der Eigent\u00fcmer des digitalen Zwillings als auch die Dienstleister profitieren, die an der Bereitstellung der Dienste beteiligt sind, um Risiken zu minimieren und kostspielige Ausfallzeiten zu verringern.<\/p>\n\n\n\n

Digitale Zwillinge k\u00f6nnen auch in der Ausbildung eingesetzt werden, damit neue Mitarbeiter die Funktionsweise eines Prozesses und das Zusammenspiel der Teilprozesse in einer sicheren Umgebung vollst\u00e4ndig verstehen k\u00f6nnen. In der Planungsphase neuer Produktionsanlagen kann der Zugang zu Digitalen Zwillingen die Entwicklung neuer Methoden und die Implementierung von Anlagen rationalisieren.<\/p>\n\n\n\n

Erste Schritte mit einem Digitalen Zwilling<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Die meisten Experten betonen, wie wichtig es ist, mit einem relevanten und angesehenen Branchenanbieter zusammenzuarbeiten, der Sie in den ersten Phasen der Einf\u00fchrung eines digitalen Partnerschaftskonzepts begleitet. Dabei gibt es viele Aspekte zu ber\u00fccksichtigen. Soll ein digitaler Zwilling von einer ganzen Produktionslinie erstellt werden oder nur von einer einzelnen Anlage? Zu den wichtigsten Faktoren geh\u00f6rt, welche Daten Sie bereits haben und ob Sie bereits KI- oder maschinelle Lernsysteme implementiert haben.<\/p>\n\n\n\n

Schneider Electric Ecostruxure Rahmenwerk<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Schneider Electric<\/a>hat beispielsweise eine Platform entwickelt – siehe Abbildung 2 -, die den gesamten Lebenszyklus einer Anlage abdeckt, um zu bestimmen, wie die Daten verwaltet werden.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 2 – Der Digitale Zwilling von Ecostruxure deckt den gesamten Lebenszyklus einer Anlage ab, von den Investitionskosten bis zu den Betriebskosten. (Quelle: Schneider Electric)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Siemens MindSphere<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

MindSphere ist eine umfassende Cloud-basierte industrielle IoT-as-a-Service-L\u00f6sung von Siemens<\/a>. Aufgebaut auf der bew\u00e4hrten Anwendungsplattform von Mendix, nutzt MindSphere hochentwickelte Analysefunktionen und KI, um IoT-L\u00f6sungen von Edge bis Cloud umzusetzen<\/p>\n\n\n\n

MindSphere bietet Kunden die M\u00f6glichkeit, geschlossene digitale Repliken physischer Produktionsanlagen in der digitalen Dom\u00e4ne zu erstellen. Die Analyse von gespeicherten Daten und Echtzeitdaten erleichtert die Unterst\u00fctzung von Produktionsanlagen w\u00e4hrend ihres gesamten Lebenszyklus, vom Produktdesign \u00fcber die Produktionsplanung und die Inbetriebnahme bis hin zum Betrieb und den Wartungszyklen. Abbildung 4 veranschaulicht das \u00d6kosystem der Siemens MindSphere-Plattform.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 4 – Die Siemens MindSphere-Plattform bietet die datengesteuerte Grundlage f\u00fcr die Implementierung industrieller Digitaler Zwillinge (Quelle Siemens)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Der Siemens MindSphere: Digitalize and Transform Service ist nur ein Teil der Gesamtl\u00f6sung, die es Herstellern, die das IIoT bereits eingef\u00fchrt haben, erm\u00f6glicht, den n\u00e4chsten Schritt zur weiteren Transformation ihrer Gesch\u00e4ftsmodelle zu machen. Sie erm\u00f6glicht es Asset-as-a-Service-Anbietern, ihr Kundenengagement auf der Grundlage realer Datenoptimierungen zu verst\u00e4rken und auszuweiten. Mit MindSphere k\u00f6nnen Kunden auch leicht, komplexe IoT-Anwendungen und Testimplementierungen in ihrem Unternehmen entwickeln, testen und ausf\u00fchren, ohne die laufenden Produktionspl\u00e4ne zu beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n\n\n\n

MindSphere kann in verschiedenen Anwendungsbereichen von der digitalen Fabrik \u00fcber das Transportwesen, Erneuerbare Energie und die Prozessindustrie bis hin zum Gesundheitswesen eingesetzt werden (siehe Abbildung 5).<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 5 – Siemens MindSphere unterst\u00fctzt eine breite Palette von IoT-Anwendungen und Anwendungsf\u00e4llen (Quelle Siemens)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

FESTO Smartenance<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Die Aufrechterhaltung von Produktionsanlagen und -prozessen ist ein immer wichtigerer Aspekt der heutigen hocheffektiven Produktionsabl\u00e4ufe. Unerwartete Anlagenausf\u00e4lle beeintr\u00e4chtigen enge Produktionspl\u00e4ne, wirken sich auf die Kunden aus, f\u00fchren zu Materialverlusten und schaden dem Ruf eines Herstellers erheblich. Die Technologie unterst\u00fctzt die Instandhaltungsteams mit einer st\u00e4ndig wachsenden Anzahl von hochentwickelten zustandsorientierten \u00dcberwachungsmethoden, so dass Reparaturen und Auswechslungen so geplant werden, dass die geplanten Ausfallzeiten eingehalten werden. So \u00fcberwachen beispielsweise an Motoren angebrachte Edge-Node-Sensoren die Vibrationssignaturen, und Algorithmen des maschinellen Lernens „lauschen“ auf Anomalien, die auf potenzielle Ausf\u00e4lle hindeuten.<\/p>\n\n\n\n

FESTO<\/a> war das erste Unternehmen, das im Rahmen eines Versuchsprojekts ein intelligentes Feldger\u00e4t, das Energieeffizienzmodul MSE6-E2M, \u00fcber sein eigenes IoT-Gateway, das CPX-IOT, in die MindSphere eingebunden hat.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 6 – Schematische Darstellung der Grundkonfiguration, der Datenkompression und des Datenflusses vom FESTO-Produkt zur Siemens MindSphere (Quelle FESTO)<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Das Projekt stellte ein einfaches cloudbasiertes Start-up f\u00fcr den Kunden dar. In MindSphere erm\u00f6glichen solche Industrie 4.0-Situationen die Analyse und, was noch wichtiger ist, die Kombination unterschiedlicher Daten.<\/p>\n\n\n\n

Digitale L\u00f6sungen f\u00fcr das Instandhaltungsmanagement, wie Smartenance von FESTO, bieten ein einfaches, mobiles und effizientes Werkzeug f\u00fcr Instandhaltungsteams. Die Webbrowser-basierte Anwendung von Smartenance h\u00e4lt die Wartungsteams auf einem mobilen Ger\u00e4t \u00fcber den gesamten Wartungsstatus der Anlagen vor Ort auf dem Laufenden. Der Zugriff auf wichtige Anlagenzeichnungen, Wartungspl\u00e4ne, Arbeitsauftr\u00e4ge und Aufgabenzuweisungen erfolgt \u00fcber Smartenance, was die Wartungsarbeiten erheblich vereinfacht.<\/p>\n\n\n\n

Omron erm\u00f6glicht datengesteuerte Wartung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

In seiner KI-Steuerung zur Maschinenautomatisierung setzt Omron<\/a> k\u00fcnstliche Intelligenz ein – siehe Abbildung 7.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 7 – KI steuert Omrons Steuerung zur Maschinenautomatisierung (Quelle: Omron)<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Algorithmen f\u00fcr das maschinelle Lernen erstellen Wartungsprognosen auf der Grundlage von Echtzeit-Datenstr\u00f6men, die von an Produktionsanlagen angebrachten Sensoren stammen. Die Steuerung ermittelt die normalen Verhaltensmuster aus den gesammelten Datenmustern, ohne explizit programmiert zu werden. Auf diese Weise werden Anomalien erkannt, so dass die Wartungsteams sofort informiert und Arbeitsauftr\u00e4ge geplant werden k\u00f6nnen. Daten sind die Grundlage f\u00fcr Instandhaltungsentscheidungen, statt dass Instandhaltungsingenieure einen reaktiven Ansatz verfolgen. Mit der KI-Steuerung zur Maschinenautomatisierung von Omron<\/a>k\u00f6nnen Ausfallzeiten minimiert, die Produktionseffizienz verbessert und die damit verbundenen Produktionsausfallkosten reduziert werden. Die Wartung der Anlagen wird nach Bedarf geplant und nicht routinem\u00e4\u00dfig oder wenn das Wartungspersonal es f\u00fcr notwendig h\u00e4lt.<\/p>\n\n\n\n

Das Verst\u00e4ndnis des Anlagenverhaltens und der Wartungsanforderungen ist f\u00fcr Digitale Zwillinge entscheidend. Bei der Modellierung und Simulation des Betriebs einer Anlage \u00fcber ihre gesamte Lebensdauer werden alle Aspekte ihrer Leistung, einschlie\u00dflich der Wartung, ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n\n\n\n

Digitale Zwillinge – der n\u00e4chste Schritt zu mehr Produktionseffizienz<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Die industrielle Fertigung entwickelt sich dank neuer Technologien weiter. Die transformativen Auswirkungen von Industrie 4.0 und dem IIoT f\u00fchren bereits zu erheblichen Verbesserungen der Betriebseffizienz f\u00fcr Anlagenbesitzer und Dienstleistungsbetreiber. Die Einf\u00fchrung Digitaler Zwillinge d\u00fcrfte die betriebliche Effizienz und die Flexibilit\u00e4t der Fertigung noch weiter steigern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Das verarbeitende Gewerbe befindet sich weiterhin im Umbruch. 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Marzena joined Distrelec in 2017 and since 2020 is committed to drive automation product strategy with key suppliers to deliver the best-in-class technology to customers. She has more than 10 years of experience in marketing and product management. Marzena remains in close collaboration with well-known and emerging brands on the market, to grow Distrelec\u2019s portfolio of industrial automation products. 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