In der Fertigungsindustrie hängt der Erfolg von Unternehmen immer mehr davon ab, einen lückenlosen Überblick und ein tiefgreifendes Verständnis für die eigene Produktion und Logistik zu gewinnen. Nur so können sie auch bei Unsicherheiten Prozesse optimal planen und steuern. Dazu kommt, dass viele Unternehmen durch die Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) der Europäischen Union vor der Herausforderung stehen, umfassend über ihre Nachhaltigkeit berichten zu müssen. Eine direkte Einsicht in alle relevanten Daten ist hierfür dringend erforderlich.

Für mehr Transparenz setzen Unternehmen zunehmend auch auf digitale Zwillinge. Die Technologie gilt vielen bereits als unverzichtbar für eine optimale Produktionsplanung und -steuerung und setzt sich sukzessive als neuer Standard in der Industrie durch. Wie eine Studie im Auftrag des Digitalverbands Bitkom zeigt, sehen 63 % der befragten deutschen Unternehmen der Industrie in digitalen Zwillingen einen Wettbewerbsfaktor, 44 % nutzen sie bereits.

Digitale Zwillinge bilden nicht nur Maschinen und Anlagen ab, sondern auch Prozesse, Kompetenzen, Beziehungen zu Kunden und Lieferanten sowie geistiges Eigentum. Sie dienen dazu, einen Ist-Zustand zu erklären oder einen Ausblick auf die Zukunft zu geben und Risiken zu identifizieren. Sogar die Darstellung einer gesamten Wertschöpfungskette ist möglich. Alle Daten eines Produkts über den gesamten Lebenszyklus hinweg werden dabei erfasst und strukturiert. Mitarbeiter nutzen digitale Zwillinge für komplexe Simulationen, um beispielsweise Prozesse anhand von Testläufen optimal zu planen und stets die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Mit präskriptiven Analysen kombinieren

Noch mehr erreichen Unternehmen, wenn sie digitale Zwillinge mit künstlicher Intelligenz beziehungsweise maschinellem Lernen (ML) paaren. Dann können sie die Daten, auf denen die Repräsentanten aufbauen, zugleich effizient analysieren. Mitarbeiter erhalten so schneller neue Erkenntnisse für ihre Entscheidungen.

Ein vielsprechender Ansatz, bei dem Methoden künstlicher Intelligenz zum Einsatz kommen, ist die präskriptive Analyse. Lösungen für präskriptive Analysen machen konkrete Handlungsvorschläge für die Steuerung von Prozessen – mit aller Transparenz über die Faktoren und Auswirkungen der einzelnen Alternativen. Dazu gehören zum Beispiel der Zeitbedarf und die Kosten, die für jede der möglichen Entscheidungen anfallen würden. Für die Berechnungen und Simulationen greifen Lösungen für präskriptive Analysen auf historische und aktuelle Daten aus internen und bei Bedarf auch aus externen Quellen zu. Mitarbeiter nutzen die Funktionen aktiv, oder die entsprechende Lösung meldet sich automatisch als Frühwarnsystem. Die beste Vorgehensweise aus der Auswahl der Optionen wägen sie dann selbst ab und stoßen anschließend den Prozess an. Unternehmen können die Entscheidungsfindung und Steuerung von Prozessen in Teilbereichen aber auch komplett automatisieren.

Doch wie steht das alles in Verbindung mit digitalen Zwillingen? Sie bieten eine Übersicht über alle relevanten Daten innerhalb ihres Wirkungsbereichs. Je nach Implementierung lassen sich die Einzelbereiche in einer übergeordneten Darstellung der gesamten Wertschöpfungskette zusammenführen, sodass ein vollständiger Überblick entsteht. Das vereinfacht die Einführung von präskriptiven Analysen enorm. Zur Verfügung gestellte Handlungsempfehlungen können Mitarbeiter zudem erst einmal in Simulationen testen. Risiken und Potenziale durch Veränderungen an Prozessketten lassen sich so in einem gesicherten Umfeld erkennen.

Voraussetzung: Modernes Datenmanagement

Der InterSystems-Partner Ortelius aus Schweden kann mit digitalen Zwillingen die gesamte Wertschöpfungskette eines Unternehmens darstellen. Am Anfang eines Projekts steht immer die Frage im Mittelpunkt, auf welche Daten es ankommt, um ein bestimmtes Geschäftsziel zu erreichen und dafür die passende Lösung zu implementieren. Oft stellt sich heraus, dass entscheidende Daten fehlen. Die Frage ist dann, wie und wo sie sich finden, erzeugen oder beschaffen lassen. Unternehmen müssen alle relevanten Daten ihrer Produktion und Logistik kombinieren, um einen digitalen Zwilling ihrer gesamten Wertschöpfungskette zu erstellen.

Im nächsten Schritt geht es darum, Daten jeden beliebigen Formats aus diversen Quellen zu verknüpfen und zu verarbeiten. Ein digitaler Zwilling, der die gesamte Value Chain abdeckt, sollte die Daten in einem Datenmodell speichern, das sich mit der Zeit flexibel verändern und erweitern kann. "Eine moderne Datenpattform wie InterSystems Iris ist dafür der Schlüssel. Sie schließt Lücken zwischen Systemen, Anwendungen und Services und bricht damit Datensilos auf", sagt Daniel Lundin, Head of Product and Service bei Ortelius. Um für Interoperabilität zwischen internen wie auch externen Systemen zu sorgen, beherrscht die Lösung alle gängigen Standards, Protokolle und Profile für den Datenaustausch in der Industrie. Außerdem sieht sie, ob noch relevante Daten fehlen. So entsteht für digitale Zwillinge und präskriptive Analysen eine einheitliche und stets aktuelle Datenbasis. Lundin weiter: "Wir erstellen digitale Zwillinge und legen dabei die Beziehungen zwischen den Daten fest. Große Datenmengen speichern wir dabei nicht, das ist nicht unsere Kernkompetenz. Deshalb arbeiten wir mit InterSystems zusammen, von deren langjähriger Erfahrung im Datenmanagement wir profitieren."

Jederzeit alle Vorgaben erfüllen

Der digitale Zwilling einer gesamten Wertschöpfungskette bietet auch einen umfassenden Überblick über die Nachhaltigkeit eines Unternehmens. Zudem kann Ortelius die entsprechenden Zahlen durch eine klare Zuordnung und Ende-zu-Ende-Datenmodelle bis auf einzelne Produkte und Dienstleistungen herunterbrechen. Das führt zu einer genauen CO₂-Bilanz. Unternehmen brauchen sie, um eine Reihe neuer Vorgaben zu erfüllen. Nur durch mehr Transparenz können Unternehmen über ihre CO₂-Emissionen korrekt Bericht erstatten und dazu schnell belastbare Daten vorlegen. Deshalb denken viele Vertreter der Industrie auch über das Konzept der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell) nach. Sie ist ein standardisierter digitaler Zwilling, der alle verfügbaren Informationen zu einem Gegenstand innerhalb eines Unternehmens übersichtlich anzeigt.

Die Transparenz, die der digitale Zwilling einer gesamten Wertschöpfungskette schafft, bringt noch einen weiteren Vorteil: Unternehmen können alle Prozesse ihrer Produktion und Logistik kontinuierlich überwachen und darauf aufbauend fundierte Entscheidungen treffen, um diese zu optimieren und beispielsweise ihre CO₂-Emissionen zu senken. Laut der bereits erwähnten Bitkom-Studie tragen digitale Zwillinge für 59 % der Befragten zu einer nachhaltigen Produktion bei. Noch mehr Effizienz bei der Entscheidungsfindung versprechen präskriptive Analysen. Die Handlungsempfehlungen helfen, schnell die richtigen Maßnahmen in die Wege zu leiten. Moderne Datenmanagementplattformen bieten integrierte KI- und ML-Funktionen, um präskriptive Analysen durchzuführen.

Weitere Anwendungsfälle finden

Einen perfekten digitalen Zwilling einer gesamten Wertschöpfungskette zu erstellen, erfordert Vorbereitung und damit Zeit. Der digitale Zwilling kann für Unternehmen als Blueprint dienen, um ihre Ziele zu verwirklichen. Dies ist umso bedeutsamer, da die gesetzlichen Regelungen zur Nachhaltigkeitsberichterstattung (CSRD) für größere Unternehmen bereits seit dem 1. Januar 2023 Gültigkeit haben und bis 2026 auf viele weitere Firmen ausgeweitet werden. Ähnlich sieht es beim deutschen Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz aus, das Anfang dieses Jahres zunächst für Organisationen mit mehr als 3.000 Arbeitnehmern in Kraft getreten ist. Schon zum 1. Januar 2024 soll diese Direktive dann auch für Unternehmen mit mehr als 1.000 Beschäftigten gelten. Dazu kommen weitere europäische Gesetzesinitiativen wie der Data-Governance-Rechtsakt, der die gemeinsame Nutzung von Daten vereinfachen soll. Damit zusammenhängend zeichnet sich ab, dass auch der EU Data Act als zweite Säule der europäischen Digitalstrategie schon bald Gesetzescharakter erhält.

Auf dem Weg dorthin warten viele Herausforderungen auf die Unternehmen. Zwischenerfolge lassen sich aber mitnehmen, etwa in Form gesteigerter Transparenz und optimierter Teilprozesse. Ist die Möglichkeit zur Erstellung digitaler Zwillinge und zur Einführung präskriptiver Analysen erst einmal implementiert, ergeben sich zudem viele weitere mögliche Anwendungen. Beispielsweise kommen präskriptive Analysen zum Einsatz, um für mehr Qualität und Effizienz bei Produktionsplanung und der Supply-Chain-Steuerung zu sorgen. Durch sie senken Unternehmen Kosten und erfüllen Aufträge mit höherer Zuverlässigkeit. Das alles garantiert langfristig Wettbewerbsfähigkeit und nachhaltigen Erfolg.

Werner Reuß, Manufacturing Solutions Executive bei InterSystems