Der digitale Zwilling wird zum Gamechanger

In der Industrie 4.0 spielt der digitale Zwilling (Digital Twin, DTw) eine zentrale Rolle. Er verknüpft die physische und die digitale Welt und ermöglicht die durchgängige Nutzung von Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts hinweg. Er ist somit das Symbol für die begonnene IT-OT-Konvergenz.

Damit der Datentransfer interoperabel und skalierbar erfolgen kann, sind eine gemeinsame digitale Sprache (Semantik) oder eine Standardisierung notwendig – idealerweise beides. Die Asset Administration Shell (AAS oder auch Verwaltungsschale) bietet ein standardisiertes Metamodell zur Datenmodellierung, auf die aufgesetzt werden kann.

Gleichzeitig werden in der Industrial Digital Twin Association (IDTA) Teilmodelle als Vorlagen, sogenannte SMTs (Sub-Model Templates) standardisiert und bieten die Möglichkeit, über sogenannte Semantic-IDs semantische Elemente in das Konzept zu integrieren. Damit können DTw ihre maximale Wirkung entfalten. "Proprietäre Formate sind deshalb wenig zielführend", betont Detlef Tenhagen von Harting. "Interoperabilität wird erst durch die einheitliche Beschreibung Realität. Je mehr wir einen digitalen Zwilling mit verständlichen Informationen aufladen, desto mehr wird er sich zu einem kompletten simulationsfähigen Modell der Wirklichkeit entwickeln." Dafür bietet sich ein technisches Format an, das einerseits von allen gleichmäßig bereitgestellt werden muss, und andererseits auch von allen genutzt werden kann, so wie es bei der IDTA auf Basis der grundlegenen Standardisierung durch die IEC TC65/WG24 entsteht.

Dank klar definierter Submodelle und standardisierter Schnittstellen (API) erlaubt die AAS eine nahtlose Integration in bestehende IT-Systeme wie ERP, MES, PLM oder digitale Ökosysteme. Maschinen, Produkte, Komponenten und Software können standardisiert miteinander kommunizieren – auch über Unternehmensgrenzen hinweg.

Digital Twins ebnen den Weg für den Wandel

Der modulare Aufbau der DTw ermöglicht die Bereitstellung grundlegender Informationen in Form dieser Vorlagen wie technische Daten oder Herstellerinformationen, spezifischer Inhalte wie Wartungsanleitungen oder Recyclinginformationen sowie dynamischer Daten wie Energieverbrauch oder CO₂-Fußabdruck. Unternehmen können den DTw bedarfsgerecht aufbauen und erweitern. Gerade vor dem Hintergrund des nachhaltigen Umbaus der industriellen Fertigung ist es wichtig, dass in die AAS auch der "Digital Product Passport" (DPP) integrierbar ist. "Über 80 % der Umweltbelastungen eines Produkts werden in der Konzeptphase entschieden, was einen grundlegenden Wandel der Art und Weise unserer Ideenfindung und Entwurfsentwicklung erfordert", sagt Tony Hemmelgarn, Präsident und CEO von Siemens Digital Industries Software. "Um effektiv zu sein, müssen Unternehmen neben den Eigenschaften, den Kosten und der Qualität eines Produkts auch die gesamten Umweltauswirkungen bewerten. Durch Einsatz moderner technischer Lösungen können Unternehmen diese Aspekte bereits in der Entwurfs- und Konstruktionsphase beurteilen und fundierte Entscheidungen auf der Grundlage genauer, aktueller Daten treffen."

Der Wandel der Produktion muss alle Variablen berücksichtigen, die die Umweltbelastungen eines Produkts beeinflussen. Mit Topologie-Optimierung, generativem Engineering und additiver Fertigung für digitale Werkzeug-Zwillinge lassen sich beispielsweise Materialabfall und Energieverbrauch während der Fertigung reduzieren. Effizientere Produktionslinien sind durch Simulationen planbar und die Energieverbräuche schon im Vorfeld optimierbar. Vorausschauende Wartungsmodelle erlauben es Unternehmen beispielsweise, ein Produkt während seines gesamten Lebenszyklus zu be- obachten und proaktiv zu handeln. "Es kommt dabei darauf an, Änderungen zu identifizieren, die eine praktische Auswirkung auf jeden Punkt der digital vernetzten Daten und Informationen haben, die während des gesamten Produktlebenszyklus anfallen", sagt Hemmelgarn. "Diese Veränderungen sind in den digital vernetzten Daten gespeichert und helfen den Unternehmen, Produkte nicht nur schneller, besser und rentabler, sondern auch nachhaltiger herzustellen." Nachhaltigkeit ist kein nachträglich ergänztes Element im Lebenszyklus von Produkten, sondern integraler Bestandteil des gesamten Digitalisierungsprozesses, der bereits in der Entwurfs- und Konstruktionsphase beginnt. Die DTw ermöglichen als dynamische Softwaremodelle Echtzeit-Monitoring und können so die Prozesseffizienz verbessern.