Digitaler Zwilling & ERP: Mächtige Werkzeuge für die Produktion der Zukunft

Durch die digitale Transformation sind viele Prozesse und bisherige Abläufe in den Fokus gerückt und müssen sich einer Bewertung unterziehen. Die Fertigungsindustrie sieht sich aber nicht nur wegen der Digitalisierung großen Herausforderungen gegenüber.

Moderne Fertigungs-IT

Die Studie des Beratungshauses PricewaterhouseCoopers PwC hat 2021 gezeigt, dass 44 % der befragten Unternehmen in der Fertigungsindustrie über mangelnde Transparenz bezüglich der Performance ihrer Produktionsanlagen klagen. 37 % der Befragten gaben an, dass sie zu wenig Kontrolle über die Produktion haben. Das sind erschreckende Zahlen, denn sie zeigen, dass moderne Technologien noch nicht überall die notwendige Akzeptanz haben.

Die stetig wachsende Komplexität aus kleinen Losgrößen und immer kürzeren Produktlebenszyklen benötigen eine bessere Planungsfähigkeit auf Basis moderner, digitaler Technologien. Dazu gehört der digitale Zwilling und ein modular aufgebautes ERP-System in der Cloud.

Der gezielte Einsatz von Fertigungs-IT bringt signifikante Vorteile mit sich. Dazu gehört die deutliche Steigerung der Overall Equipment Effectiveness OEE. Dabei handelt es sich um einen Indikator, der die Effektivität von Industriemaschinen misst. Desto höher diese Kennzahl ist, umso effizienter, produktiver und rentabel agiert Ihr Unternehmen.

Was ist ein digitaler Zwilling?

In Zeiten von Industrie 4.0 und der Losgröße 1 brauchen Sie für die effiziente Produktionsplanung in der Fertigung eine moderne IT. Diese Fertigungs-IT ist geprägt von Smart Factory Elementen, mit Prozessen und Funktionen, die den wachsenden Anforderungen gerecht werden.

Bisher waren Manufacturing-Execution-Systeme (MES) das Maß aller Dinge, doch als modernes Fertigungsunternehmen brauchen Sie eine Industrie-IT, die in der Lage ist, unter den komplexen Rahmenbedingungen für wettbewerbsfähige Produktion zu sorgen.

Ein Live-Abbild des Produktionsprozesses ermöglicht die schnelle Reaktion auf Abweichungen. Genau dieses Live-Abbild beschreibt den digitalen Zwilling, mit dem Sie komplexe Produktionsprozesse optimieren, in dem Sie Produktionsprozesse durch Simulationen analysieren.

Im Sinne von wandelbaren Fabriken, in denen sich Fertigungsanlagen ohne menschliche Eingriffe weitestgehend selbständig organisieren, werden digitale Zwillinge zum zentralen Element. Es stehen dafür verschiedene Arten von digitalen Zwillingen zur Verfügung.

Neben dem Systemzwilling, der eine komplette Fabrik abbildet, gibt es auch den Steuerungszwilling. Dieser greift auf Basis von ermittelten Optimierungen in den laufenden Produktionsprozess ein. Dabei sendet der digitale Zwilling Steuerungsbefehle an die Maschinen.

Vorteile von digitalen Zwillingen in der Produktion

Der digitale Zwilling gehört zur Industrie 4.0 IT-Infrastruktur und ermöglicht die effiziente Losgröße 1. In der Automatisierung sind verschiedene Interaktionspunkte definiert, bei dem jeder Punkt auf eine bestimmte Information zugreifen kann. Änderungen bringt man nur ins System, in dem jeder einzelne Punkte angepasst wird.

Bei der Industrie 4.0 geht es um den strukturierten Austausch von Daten über mehrere Interaktionspunkte hinweg, bei dem herzustellende Produkte, Werkstücke und Geräte zu Assets werden. Mit dem einfachen Zugang zu Daten und Diensten jedes Assets ist eine nahtlose Kommunikation in der Fertigungsindustrie möglich. Der digitale Zwilling repräsentiert Assets, inklusive ihrer Attribute und ihres Verhaltens. Er enthält alle notwendigen Daten, um mit diesen in gewissem Kontext zu arbeiten.

Erstellen Sie eine Reifegradbestimmung und führen Sie die Einführung von digitalen Zwillingen schrittweise ein, um die Komplexität des Projektes zu reduzieren.

Quelle: BPDV

Die fünf Bausteine der Smart Factory Elements ermöglichen eine moderne Sichtweise auf die Fertigungs-IT (zum Beispiel MES).

Digitaler Zwilling und ERP

In der modernen Fertigungs-IT ist das ERP ein wesentlicher Bestandteil, um die fünf Elemente einer ganzheitlichen IT-Infrastruktur effizient umzusetzen. Idealerweise erhält jedes Gerät seinen digitalen Zwilling. Das virtuelle Modell enthält unter anderem relevante Wartungsdaten oder Positionen von Maschinen. Das ERP-System, welches im besten Fall wie die Lösung von reybex Cloud-basiert ist, ermöglicht die effiziente Handhabung und Integration von digitalen Zwillingen in der Fertigung.

Die Cloud ist deshalb von Vorteil, weil die Häufigkeit der Aktualisierungen und die Größe der Daten erheblichen Datenverkehr verursachen kann. Mit der Einführung von digitalen Zwillingen ermöglichen Sie in Ihrem Produktionsbetrieb:

– Skalierung des Geschäftes und Schaffung neuer Geschäftsmodelle

– Kürzere Entwicklungszyklen ersetzen reale Prototypen, was Kosten senkt

– Produktverbesserungen durch das Zurückspielen von Felddaten in der Produktentwicklung

– Realisierung von Predictive Maintenance und Condition Monitoring steigern die Qualität

– Erfassung von unterschiedlichen Daten in Echtzeit in Kombination mit historischen Daten

– Anpassung und Einrichtung von Maschinen für ganz bestimmte Fertigungsmodelle

– Umsetzung On-Demand-Produktion auch in kleinen Mengen und wirtschaftlich rentabel

Damit Sie die Technologie erfolgreich in Ihre Produktion integrieren können, muss ein ERP-System vorliegen, dass zwischen Anlagen- und Produktmodell kompatible Datenformate verarbeiten kann. Um den Produktionsprozess digital abbilden zu können, ist ein interdisziplinäres Prozess- und Stammdatenmanagement notwendig, welches über das ERP gewährleistet wird.

Die Software gewährleistet, dass die Asset-Daten das Netzwerk Ihres Unternehmens verlassen können und unternehmensübergreifenden Netzwerken, beispielsweise von Partnern oder Lieferanten, zur Verfügung stehen. Das steigert ihren Mehrwert und erlaubt das Management von digitalen Zwillingen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg.

Gibt es Standards für digitale Zwillinge?

Standardisierte Schnittstellen ermöglichen den Zugang zu Eigenschaften und Funktionen von digitalen Zwillingen. Auch die Darstellung der digitalen Zwillinge wird über sogenannte Verwaltungsschalen VWS spezifiziert. Darin definiert ein Metamodell den gemeinsamen Mindestsatz an Informationen für alle digitalen Zwillinge.

Die Verwaltungsschale kann Informationen über die Assets aus unterschiedlichen Systemen zusammentragen und standardisiert den Datenzugriff von außen. Die Industrial Digital Twin Association IDTA hat sich dieser Standardisierung angenommen und fungiert als zentraler Anlaufpunkt für alle Interessengruppen.

Quelle: Unity AG

Wann ist es sinnvoll, auf digitale Zwillinge zu setzen?

Man kann sagen, dass bei Massenproduktionen und der Fertigung einfachster Bauteile der Einsatz von digitalen Zwillingen nicht lohnt. Der Aufwand zur Integration dieser Technologie ist zu groß und sollte nur bei komplexen Komponenten, Anlagen oder Maschinen eingesetzt werden. Je kleiner die Losgröße, umso sinnvoller ist die Einführung von digitalen Zwillingen.

Beachten Sie aber, dass dafür eine hohe Reife in den Bereichen Verständnis, Einsatz, Zielbild, Konzept und Umsetzung in Ihrem Betrieb vorliegen sollte. Das setzt eine vorherige Analyse und die Einbeziehung Ihrer Mitarbeiter voraus. Der Nutzen von digitalen Zwillingen muss im Einklang mit ihren Unternehmenszielen stehen, sonst werden Sie nicht von den Vorteilen der Technologie profitieren.

Wenn Sie über neue Geschäftsmodelle nachdenken, oder ein neuer Mehrwert für Ihre Kunden generiert werden soll, dann sind digitale Zwillinge in Ihrer Produktion hervorragend geeignet. Ein Beispiel für ein neues Geschäftsmodell oder einen neuen Service ist Predictive Maintenance, die präventive Wartung.

Quelle: Unity AG

Was ist Predictive Maintenance?

Die vorhersagende oder smarte Instandhaltung macht den Aufwand für Maschinen- und Anlagenhersteller bedeutend geringer. Durch den Einsatz von digitalen Zwillingen erhalten Sie relevante Prozess- und Maschinendaten und können feste Wartungsintervalle ablösen und durch die prädiktive Wartung ersetzen.

Zeichnet sich ein Ausfall ab, kann die Wartung zu einem günstigen Zeitpunkt eingeplant werden. Denn auf Grundlage historischer und aktueller Daten lassen sich Prognosen über zukünftige Ausfalle von Produkten oder Prozessen erstellen. Das führt zu erhöhter Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit, reduziert Wartungs- und Instandhaltungskosten und ermöglicht stetige Produktverbesserungen.

Quelle: Komprenu

Tipps zur Einführung von digitalen Zwillingen in der Produktion

Achten Sie darauf, dass Ihr ERP-System verteilte digitale Zwillinge unterstützt. Dazu gehört unter anderem ein Registry für die Ermittlung digitaler Zwillinge im System. Das ermöglicht die automatische Erkennung der wichtigsten Infrastrukturkomponenten.

Beim Ausfall eines Gerätes sollte die Verfügbarkeit des digitalen Zwillings nicht beeinträchtigt sein, weil eventuell genau in diesem Moment Daten für Wartungsinformationen benötigt werden.

Im Rahmen der Industrie 4.0 ist zu erwarten, dass im dynamischen Produktionsumfeld regelmäßig neue Geräte hinzukommen. Automatisieren Sie vor der Einführung von digitalen Zwillingen so viele Konfigurationsschritte wie möglich. So lässt sich die Integration eines neuen Gerätes beispielsweise auf das Anschließen und Einschalten reduzieren.