Blog per Mail folgen

Damit Sie nie wieder Blog Posts von uns versäumen!

Digitaler Zwilling: Prozesse und Daten durchgängig gestalten

 Screenshot 2019-06-04 at 06-45-44-1

Eines der wichtigsten Ziele von Industrie 4.0 ist es, Prozesse und damit verbundene Informationsflüsse durchgängig zu gestalten. Informationen über Produkte, Maschinen und Anlagen werden künftig im „Digitalen Zwilling“ abgelegt, einer virtuellen Entsprechung der physisch vorhandenen Dinge.

Diese Daten sollen ohne Bruch oder gar Informationsverlust über alle Stufen des Life-Cycle weitergereicht werden. Für Lebensmittel bedeutet dies „from field to fork“ – also vom Anbau der Zutaten bis zum Verkauf des fertigen Produkts an den Endverbraucher. Informationen zur Herstellung, relevante Daten, die der Deklarationspflicht unterliegen oder die der Rückverfolgbarkeit dienen, gehören ebenfalls dazu. 

Im Falle von Maschinen und Anlagen umfasst der Digitale Zwilling im Idealfall alle Informationen von der CAD/CAM-Planung über die Realisierung, Betrieb und Wartung bis zur endgültigen Entsorgung. Das Referenz-Architekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) verwendet anstelle des Digitalen Zwillings die Bezeichnung „Verwaltungsschale“ (VWS). 

Konzentrierte Informationen 

Ein solches Konzept hat massive Auswirkungen auf die Erfassung, Verarbeitung und Speicherung von Daten. Einheitliche Datenformate und eine zentrale Datenhaltung sind unabdingbare Voraussetzungen für den Digitalen Zwilling. Wo vorher Herstellungs- und Betriebsdaten auf die verschiedenen Layer zwischen SPS und ERP verteilt waren, entsteht im Kontext von Cloud und IoT ein einheitlicher Datenraum.

Dann können alle benötigten Informationen einfach zur Verfügung gestellt werden, und zwar nicht nur innerhalb der Produktion, sondern beispielsweise auch bei der Entwicklung von Prozess-Schemata oder in der Wartung. Umgekehrt können auch Daten von ausserhalb der Produktion einfliessen. Etwa die Information, dass der LKW zum Transport eines bestimmten Auftrags bereits an der Laderampe steht – dann sollte dieser Auftrag mit höchster Priorität erledigt werden. 

Ein weiteres Beispiel bietet eine Fertigung mit Losgrösse 1. Die kann dann effizient erfolgen, wenn der digitale Zwilling des Werkstücks mit den Auftragsdaten angereichert wird, und daraus automatisiert das kundenindividuelle Produkt gemäss der gewünschten Spezifikation erfolgen kann. Dazu müssen aber auch Auftragsdaten inklusive der Kundenwünsche digital in standardisierter Form vorliegen. 

Losgrösse 1 wirkt aber über die Produktion des einzelnen Produkts hinaus. Die Reihenfolge der einzelnen Aufträge wird von der Steuerung optimiert, unter Berücksichtigung von Anfahr- und Ausfahrverhalten und möglichst geringer Rohstoff- und Energieverluste. Aufträge mit Losgrösse 1 sind schnell abgearbeitet, daher ist bei dieser Produktionsweise der Faktor Zeit besonders kritisch.

Das bedeutet, dass mehr Entscheidungsgewalt auf unterer Ebene angesiedelt werden muss, aber auch der Zugang zu Informationen. Diese Produktionsweise zieht also Konsequenzen für die Arbeitsorganisation und die beteiligten Hierarchien nach sich. Dazu ist eine Verarbeitung der Daten nahezu in Echtzeit nötig.  

Umfassende Informationsquelle 

Die benötigten Daten zu standardisieren und zusammenzuführen vereinfacht und beschleunigt Prozesse, eröffnet aber auch völlig neue Möglichkeiten. Die Erfahrung zeigt, dass auf einer solchen Basis die Kollaboration der Produktion mit anderen Abteilungen, wie etwa Unterhalt/Maintenance, Labor/Quality, oder auch mit der Logistik, stark zunimmt und Aufgaben zum Teil in den Leitstand wandern.

Neben Logistik und Materialbewirtschaftung ist hier vor allem das Qualitätsmanagement zu nennen. Wenn die Produktion nicht erst nach Abschluss geprüft und freigegeben wird, sondern bereits im laufenden Prozess per Stichproben überwacht wird, dann kann der Operator – sofern und soweit zulässig – am Prozess oder am Rezept nachsteuern.

Im Internet der Dinge (IoT) wird sogar dieses Nachsteuern noch automatisiert. Bessere Qualität, weniger Ausschuss, höhere Durchlaufzeiten zählen zu den konkreten Nutzen, die sich aus dem Digitalen Zwilling beziehungsweise einer zentralen Datenhaltung ergeben. 

Eventuelle Dokumentationspflichten müssen ebenfalls automatisch digital erfolgen, um den Aufwand gering zu halten. Also nicht „papierlos“ im Sinne von gescannten Dokumenten oder Formularen. Sondern dass auch diese Daten ohne Umweg im Digitalen Zwilling des Produktes landen. Auch hier müssen die Informationen entsprechend standardisiert und strukturiert werden.

Der Digitale Zwilling ist also letztlich für jede Anwendung die zentrale, zuverlässige Quelle für aktuelle und valide Daten. Das ist kein Widerspruch zum MES, sondern ein Evolutionsschritt über dieses hinaus. Denn der Digitale Zwilling ermöglicht eine direkte Integration der Daten beispielsweise für Simulationen und virtuelle Inbetriebnahme, in der Entwicklung neuer Visualisierungslösungen oder auch bei der automatischen (Basis-) Programmierung einer SPS. 

Nachweisbarer Nutzen 

Das Datenmanagement in der Produktion und den angrenzenden Abteilungen bietet häufig noch grosses Optimierungspotenzial. Viel wird schon gewonnen, wenn von der manuellen, analogen Erfassung auf Papier umgestellt wird auf digitale, möglichst automatisierte Prozesse. Doch auch dann kämpfen die Mitarbeiter noch oft genug mit dem Management von Kopien, unterschiedlich aktuellen Versionen oder kaum zu unterscheidenden Varianten.

Die Konzentration der Daten an einer Stelle – dem digitalen Abbild eines Produktes, einer Maschine oder einer Anlage – als „Single Source of Trust“, als zuverlässige Quelle für alle Fälle, setzt diesem Problem ein Ende. Je tiefer die Integration geht, je mehr Anwendungen direkt auf den Datensatz des Digitalen Zwillings zurückgreifen, um so effizienter wird das Management der Daten, und umso einfacher und zuverlässiger lassen sich die nächsten Schritte der Automation bewältigen. 

Ein Dienstleister wie acs kann die Grundlagen für konkrete Anwendungen und die damit verbundenen Effizienzsteigerungen legen. Es ist jedoch Sache des Anlagenbetreibers, den „Digital Twin“ in seine Unternehmensstrategie einzubinden. Dazu zählt ein konsequent konzipierter Lifecycle, der darauf ausgerichtet ist, die verfügbaren Daten für neue Methoden zu nutzen, wie sie etwa Condition Monitoring und Predictive Maintenance darstellen.

Fazit

Letztendlich trägt der digitale Zwilling dazu bei, das vorhandene Mitarbeiter-Know-how um Prozesse und Maschinen zu erhalten und breit verfügbar zu machen. Mit einer solchen Strategie ist ein Unternehmen nachhaltig gerüstet für den kontinuierlichen Verbesserungsprozess im Kontext von Industrie 4.0 und IoT.