RetroFit Demonstrator: Digitale Zwillinge für den Mittelstand

Worum geht es?

Digitale Zwillinge ermöglichen es Unternehmen, ihre Maschinen und Anlagen virtuell abzubilden, zu überwachen und zu optimieren. Diese Technologie, oft mit hohen Kosten und Komplexität assoziiert, wird durch die Vision des "DigitalRetroFit"-Demonstrators auch für mittelständische Unternehmen greifbar gemacht. Das Konzept zeigt, wie bestehende Produktionsanlagen durch digitale Nachrüstung (Retrofit) effizienter, transparenter und zukunftssicher werden könnten.

Von digitalen Abbildern zum digitalen Zwilling

Digitales Abbild

Ein digitales Abbild ist eine statische, digitale Repräsentation einer physischen Anlage oder eines Prozesses – zum Beispiel ein 3D-Modell oder eine technische Zeichnung. Es enthält keine oder nur sehr wenige aktuelle Betriebsdaten.

Digitaler Schatten

Ein digitaler Schatten erweitert das digitale Abbild um aktuelle Betriebsdaten, die aus der realen Anlage stammen. Die Daten fließen dabei nur in eine Richtung: von der physischen Welt ins Digitale. Eine Rückkopplung oder Interaktion findet nicht statt.

Digitaler Zwilling

Ein digitaler Zwilling ist die umfassendste Form: Er verbindet das digitale Modell mit Echtzeitdaten und ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation. Das heißt, der digitale Zwilling kann nicht nur den aktuellen Zustand abbilden, sondern auch simulieren, vorhersagen und potenziell sogar aktiv in den Prozess eingreifen.

Potenziale für mittelständische Unternehmen

Kostenersparnis

• Wartungskosten senken: Drohende Ausfälle könnten erkannt werden, bevor sie passieren, was bis zu 25% der Wartungskosten einsparen könnte.
• Energieeinsparung: Durch Visualisierung von Energieflüssen ließen sich potenziell 5-15% Energie einsparen.

Qualitätsverbesserung

• Fehlerraten senken: Frühzeitiges Erkennen von Parameterschwankungen könnte zu einer Ausschussreduzierung von 15-30% führen.
• Prozessoptimierung: Analysen könnten Potenziale zur Reduktion der Zykluszeit um 5-20% aufzeigen.

Wissenssicherung

• Erfahrungswissen digitalisieren: Ein datenbasiertes System könnte das Wissen erfahrener Mitarbeiter verfügbar machen und für alle zugänglich halten.

Transparenz

• Echtzeiteinblick: Dashboard-Visualisierungen könnten Transparenz über Maschinenzustände und Prozesse schaffen.
• Früherkennung: Störungen und Wartungsbedarf könnten frühzeitig identifiziert werden.

Visionäre Anwendungsbereiche

Produktionsüberwachung und -optimierung

Der digitale Zwilling könnte Prozessparameter wie Temperaturen, Drücke und Durchflussraten visualisieren und Optimierungspotenziale aufzeigen.

Anwendungsvision: Bei einer Spritzgussmaschine könnten verschiedene Temperaturzonen, Einspritz- und Nachdrücke sowie Geschwindigkeiten überwacht werden. Ein datenbasiertes System könnte perspektivisch optimale Kombinationen dieser Parameter für maximale Effizienz und Qualität vorschlagen.

Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung)

Durch kontinuierliche Analyse von Maschinendaten könnten Verschleißerscheinungen und potenzielle Ausfälle vorhergesagt werden, bevor sie auftreten.

Anwendungsvision: Ein System könnte ungewöhnliche Vibrationen oder Temperaturverläufe in einer Komponente erkennen und eine Wartung vorschlagen, bevor ein kostenintensiver Ausfall eintritt.

Qualitätsmanagement

Ein digitaler Zwilling könnte Prozessparameter mit Qualitätsmerkmalen verknüpfen und so bei der Identifikation optimaler Produktionsbedingungen unterstützen.

Anwendungsvision: Bei Schwankungen in der Produktqualität könnte das System Korrelationen mit Prozessparametern aufzeigen und Anpassungen vorschlagen.

Energie- und Ressourceneffizienz

Durch die Visualisierung von Energieflüssen und Ressourceneinsatz könnten Verschwendungen identifiziert und reduziert werden.

Anwendungsvision: Eine visuelle Darstellung könnte den Energieverbrauch verschiedener Maschinenkomponenten darstellen, wodurch energieintensive Bereiche erkannt und optimiert werden könnten.

Vision der technischen Umsetzung

Der Digital Twin Demonstrator soll zeigen, wie eine moderne, offene und skalierbare Architektur aussehen könnte:

• Modular und flexibel: Unternehmen könnten mit einzelnen Komponenten starten und das System nach Bedarf erweitern.
• Standardbasiert: Die Nutzung offener Standards würde die Integration in bestehende Systeme erleichtern.
• Skalierbar: Von einzelnen Maschinen bis hin zu ganzen Produktionslinien.
• Zukunftssicher: Vorbereitet für zukünftige Anwendungen wie KI und erweiterte Analytik.

Implementierungsstrategie für Unternehmen

Schrittweiser Ansatz

1. Bestandsaufnahme: Welche Daten sind bereits vorhanden?
2. Kleine Pilotprojekte: Mit einer Maschine starten
3. Skalierung: Schrittweise Ausweitung auf weitere Prozesse
4. Integration: Anbindung an bestehende IT-Systeme

Erfolgsfaktoren

• Klare Zielsetzung und Definition des erwarteten Nutzens
• Einbindung der Mitarbeitenden in den Digitalisierungsprozess
• Offene, erweiterbare Architektur für zukünftige Anpassungen
• Schrittweise Implementierung mit kontinuierlicher Erfolgsmessung

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Die potenzielle Amortisationszeit für digitale Zwillingslösungen könnte bei 6-24 Monaten liegen, je nach Anwendungsfall. Die Wirtschaftlichkeit würde sich ergeben aus:

• Reduzierung ungeplanter Stillstandszeiten
• Senkung der Wartungs- und Instandhaltungskosten
• Steigerung der Produktqualität und Verringerung von Ausschuss
• Optimierung des Energie- und Ressourceneinsatzes
• Effizienzsteigerung durch optimierte Prozessparameter

Handlungsempfehlungen für Unternehmen

1. Potenzialanalyse: Identifizieren Sie Bereiche in Ihrem Unternehmen, in denen ein digitaler Zwilling den größten Mehrwert schaffen könnte.
2. Datengrundlage verstehen: Überprüfen Sie, welche Daten bereits erfasst werden und wo zusätzliche Sensorik hilfreich wäre.
3. Vision entwickeln: Definieren Sie, welche konkreten Verbesserungen Sie sich von einem digitalen Zwilling erhoffen.
4. Kompetenzen aufbauen: Bereiten Sie Ihre Mitarbeitenden auf die digitale Transformation vor.

Nächste Schritte

• Informieren Sie sich über das Konzept des Digital Twin Demonstrators im Mittelstand Digital Zentrum
• Vereinbaren Sie einen individuellen Workshop zur Potenzialanalyse für Ihr Unternehmen
• Informieren Sie sich über Fördermöglichkeiten für digitale Zwillinge im Mittelstand