Digitale Zwillinge: Wie KMUs der unkomplizierte Einstieg gelingt

Die Idee eines digitalen Zwillings wirkt so einfach wie elegant. Physische Objekte lassen sich in digitalen Modellen abbilden. Die Datenstrukturen beschreiben dabei die unterschiedlichen Eigenschaften eines Objektes, wie beispielsweise den Zustand. In komplexeren Ausbaustufen lassen sich sogar Verhaltensweisen und Abhängigkeiten zur Umgebung abbilden. So entsteht ein virtuelles Verhaltens-, Funktions- und Zustandsmodell. Durch die zunehmende Verfügbarkeit von Sensorik sowie Gateways stellen digitale Zwillinge den aktuellen Zustand ihrer realen Geschwister dar. Das Gegenstück muss nicht zwangsläufig ein Gerät oder eine Maschine sein. Auch immaterielle Zusammenhänge, wie Prozesse, lassen sich auf diese Weise abbilden. Das ermöglicht verschiedene Anwendungsfälle.

Vor der Produktion

Digitale Zwillinge erlauben eine Einschätzung über das tatsächliche, physische Verhalten ihres potenziellen realen Gegenstücks bereits in der Entwicklung. Sie können auch für die Prozessindustrie hilfreich sein. Beispielsweise lässt sich das Verhalten einer Chemikalie in verschiedenen Umgebungen (z.B. einem Schwimmbecken) simulieren, ohne dass tatsächlich ein materielles Gegenstück existieren muss. Dazu müssen verschiedene Datenquellen verknüpft werden. Indem Konzepte bereits in der Konstruktionsphase getestet und weiterentwickelt werden, werden Einsparpotenziale ermöglicht. Erst später erfolgt die Umsetzung ausgereifter Varianten in materielle Prototypen. Das spart Kosten für Material und Herstellung.

Digitale Zwillinge im Produktionsprozess

Digitale Zwillinge werden heute oft in Produktionsprozessen eingesetzt. Sie erlauben Transparenz und enthalten Informationen zur Identifikation, Lokalisierung und dem jeweiligen Zustand des Produktionsgutes sowie der beteiligten Maschinen. Es ist jederzeit ersichtlich, welche Wertschöpfungsschritte abgeschlossen sind oder noch ausstehen. Auch werden wichtige Einblicke in Fertigungsparameter und Durchlaufzeiten ermöglicht. Produktions- sowie Lieferzeiten lassen sich genau prognostizieren, Bottlenecks erkennen und Prozessverbesserungen implementieren. Zudem lassen sich Wartungsintervalle besser vorhersagen und Fehleranalysen starten, ohne dass Personal vor Ort sein muss.

Mit Hilfe digitaler Zwillinge können die physischen Grenzen der Unternehmen durchbrochen werden und verbundene Wertschöpfungssysteme entstehen. Vernetzte Geräte in den Prozessen der beteiligten Unternehmen erlauben außerdem transparente Wertschöpfungsketten. Es können Einblicke in vorangegangene Wertschöpfungsschritte und die Herkunft und Qualität eingesetzter Rohstoffe entstehen. Das ist beispielsweise in der Lebensmittelindustrie relevant, um dem Verbraucher höchste Qualität zu garantieren und die Herkunft der Nahrungsmittel nachzuweisen. Auch in der Pharmazie ist eine solche Transparenz wichtig und wird heute zum Teil bereits umgesetzt. Stichwort: Identifikation von Arzneimitteln (IDMP).

Digitale Zwillinge können hier bei der Umsetzung helfen. Sie ermöglichen des Weiteren eine effiziente Analyse des Wertschöpfungsnetzwerks. Das ist besonders in Zeiten von Rohstoffmangel sowie knappen Verfügbarkeiten wichtig.

Zusätzlich können Unternehmen Wissen über die Nutzung ihrer Produkte im weiteren Wertschöpfungsprozess erlangen. Auch wenn die Produkte selbst nicht vernetzt sind. Diese Daten sind bis heute kaum in Unternehmen vorhanden.

Entlang des Produktlebenszyklus

Mit dem Ende der Produktions- und Vertriebsprozesse verlieren Unternehmen häufig den Kontakt zu den eigenen Produkten. Ist ein Produkt verkauft, kann Wissen über die Produktnutzung sowie den Produkteinsatz kaum noch gewonnen werden.

Mit Hilfe zunehmend vernetzter Geräte (Stichwort: Internet der Dinge – IoT) kann die Nutzung der eigenen Produkte kontinuierlich ausgewertet werden. Dosieranlagen und Messgeräte werden immer häufiger internetfähig, genauso wie Produktionsmaschinen und Kühlanlagen. Das erlaubt eine durchgängige Überwachung der Produkte sowie den zielgerichteten Einsatz.

Mit den Daten können digitale Zwillinge ständig aktualisiert werden. Das Wissen kann z. B. für die Service- und Vertriebsprozesse genutzt werden. Etwa um Nachbestellungen proaktiv für den Kunden auszulösen sowie dessen Geschäftsprozesse effizienter und zielgerichteter zu gestalten. Unternehmen können ihrem Klientel proaktiv beratend zur Seite stehen. Ein Beispiel: Chemiehersteller können ihre Käufer bei der optimalen Dosierung in Abhängigkeit von sich verändernden Umgebungsbedingungen unterstützen. Neue Geschäftsmodelle und Erlösströme in der Prozessindustrie entstehen. Inklusive positiven Einfluss auf die Customer Experience. Ein weiterer Vorteil: Durch Einblicke in das tatsächliche Nutzungsverhalten ihrer Kunden können Unternehmen ihre Produkte besser weiterentwickeln.

Die Daten sind zudem am Ende des Produktlebens hilfreich. Baustoffe und Glas werden für viele Anwendungszwecke speziell hergestellt. Die Materialien müssen nach Ende der Nutzung fachgerecht recycelt werden können. Zwillinge enthalten dazu Wissen über die Zusammensetzung und Verarbeitung des Produkts. So kann die nachhaltige Rückgewinnung  wirtschaftlich werden.

Digitale Zwillinge in der Praxis

Das Einsatzgebiet von digitalen Zwillingen ist nicht beschränkt. Es reicht von vernetzten Messgeräten bis zu komplexen Abbildern ganzer Wertschöpfungsketten im B2B-Umfeld der Prozessindustrie. In der Praxis sollten Unternehmen mit einfachen Modellen beginnen und diese sukzessive weiterentwickeln. Keep it simple. Lösungsanbieter, wie beispielsweise die tresmo GmbH, bieten auch kleinen und mittleren Unternehmen kostengünstige Möglichkeiten, um den Einstieg in digitale Zwillinge zu ermöglichen. Im Zentrum steht das IoT-Cockpit. Die Plattform ermöglicht die Vernetzung von Geräten und die Abbildung digitaler Zwillinge.

Individualisierbare Lösungen, wie das IoT-Cockpit, bieten einen vergleichsweise unkomplizierten Einstieg in das Thema. Die Plattform bringt erste Auswertungsmöglichkeiten mit und erlaubt dank offener Schnittstellen zudem die tiefergehende Integration der Plattform in zukunftsfähige IoT-, Cloud- und App-Lösungen.

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