Was ist eine digitale Fabrik, und wie hängen sie mit der digitaler Zwilling Technologie zusammen? Die Verbindung ist enger, als Sie vielleicht denken.
Das Versprechen der Digitalisierung in der Fertigung - digitale Fabrik - besteht darin, die Herausforderungen und Engpässe in der modernen Fertigung zu bewältigen und gleichzeitig das Produktionsnetzwerk so umzugestalten, dass es zukunftssicher und anpassungsfähig ist.
Welche Konzepte gibt es also? Nach der Norm 4499 des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) ist digitale Fabrik ein Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen - einschließlich Simulation und 3D-Visualisierung -, die in ein durchgängiges Datenmanagementsystem integriert sind. Ziel von digitale Fabrik ist die ganzheitliche Planung, Bewertung und ständige Verbesserung aller wesentlichen Strukturen, Prozesse und Ressourcen einer realen Fabrik in Verbindung mit dem Produkt.
Für eine voll funktionsfähige digitale Fabrik werden die gleichen Personen benötigt wie in einer normalen Fabrik - Betriebsleiter, Standortleiter, Ingenieure und Bediener, aber ihre täglichen Aufgaben werden über eine einzige Datenumgebung geleitet, die auf ihre speziellen Bedürfnisse zugeschnitten ist.
Kommen wir nun zu den bereits erwähnten Stichworten "Simulation" und "3D-Visualisierung". In diesen Bereichen gab es in den letzten Jahren dank der großen Fortschritte in der Technologie von digitaler Zwilling die spannendsten Entwicklungen. Die Fertigungsindustrie geht von statischen computergestützten Designmodellen (CAD) und 2D-Grundrissen zu vollständig interaktiven 3D-Modellen über, die mit zusätzlichen Informationen angereichert werden können.
Die von Gartner Research im "Hype Cycle for IT Evolution in Manufacturing 2019" gegebene Definition einer digitaler Zwilling lautet wie folgt:
"Eine digitaler Zwilling ist eine virtuelle Repräsentation einer Entität, z. B. eines Vermögenswerts, einer Person oder eines Prozesses, und wird entwickelt, um neue oder erweiterte Geschäftsziele zu unterstützen. [...] Erforderliche Elemente zur Erfüllung der Geschäftsziele sind Modell, Daten, eine Eins-zu-eins-Zuordnung und Überwachbarkeit, optionale Elemente sind Analyse, Steuerung und Simulation."
Das Hauptmerkmal von digitaler Zwilling ist die symbiotische Beziehung zwischen dem physischen und dem virtuellen Objekt, wobei der Datenaustausch bilateral und automatisch erfolgt. Jede Änderung der Merkmale des physischen Objekts wird auf sein digitaler Zwilling übertragen und umgekehrt. Solche Fähigkeiten sind in einem System zur kontinuierlichen Datenverwaltung äußerst wertvoll.
"Digitale Kopie" und "digitaler Schatten" sind Begriffe, die manchmal im Zusammenhang mit digitalen Zwillingen genannt werden, aber es gibt subtile Unterschiede zwischen den drei Begriffen. Eine digitale Kopie ist wie eine digitaler Zwilling: eine Darstellung eines bestehenden Objekts in digitaler Form, aber mit dem entscheidenden Unterschied, dass eine Änderung des Zustands des physischen Objekts nicht auf die digitale Kopie übertragen wird (und umgekehrt). Ein digitaler Schatten hingegen ist ein automatisierter Datenaustausch in eine Richtung, bei dem eine Änderung des physischen Objekts sich in einer Änderung des virtuellen Objekts niederschlägt - aber nicht in die andere Richtung.
Unterteilung in drei Kategorien
Die Definition, die wir für digitaler Zwilling haben, ist so gut wie jede andere. Bringen wir sie also in unsere Diskussion über digitale Fabrik ein. Eine weitere seriöse Quelle, diesmal PWC in "Digital Factories 2020", definiert nicht eine, sondern drei verschiedene Arten von digitaler Zwilling für industrielle Anwendungen.
Die drei Kategorien von digitaler Zwilling sind
- digitaler Zwilling des Produkts: Eine digitaler Zwilling des Produkts ist eine digitale Darstellung des Produkts und verbindet das Engineering und das Product Lifecycle Management (PLM) mit dem Fabrikbetrieb. Es wird als Teil des F&E-Prozesses entwickelt und trägt dazu bei, die Produktentwicklung voranzutreiben, indem es ermöglicht, das Produkt in einem frühen Prozessstadium zu simulieren und zu testen.
- digitaler Zwilling der Produktionsanlage: Eine digitaler Zwilling einer oder mehrerer Produktionsanlagen wird für die Planung, die virtuelle Inbetriebnahme und den laufenden Betrieb verwendet. Der Schwerpunkt liegt auf der Simulation des Betriebs einer Anlage, um deren Schlüsselparameter einzustellen und zu optimieren und Konzepte wie die vorausschauende Wartung oder Augmented Reality zu ermöglichen.
- digitaler Zwilling der Fabrik: Die digitaler Zwilling der Fabrik hilft bei der Planung, dem Entwurf und dem Bau des Fabrikgebäudes und der Infrastruktur. Es kann zur Unterstützung von Tests, Simulationen und der Inbetriebnahme des Gebäudes verwendet werden.
Für unsere Zwecke sind die letzten beiden Unterdefinitionen - eine digitaler Zwilling der Fabrik und eine digitaler Zwilling der Produktionsanlage - die primären Bereiche, die in der NavVis digitale Fabrik Lösung angesprochen werden.
Eine digitaler Zwilling einer Fabrik ist auch nicht auf ein einziges Modell beschränkt. Stellen Sie sich vor, die Produktionsprozesse mehrerer Standorte auf der ganzen Welt würden virtuell dargestellt; dies würde eine globale Visualisierung der Betriebsleistung ermöglichen. Es könnten Dashboards eingerichtet werden, um die Daten in Echtzeit zu visualisieren, z. B. um verschiedene Standorte zu vergleichen und neue Erkenntnisse und Verbesserungen in den Betrieben zu ermitteln.
Die Verwendung einer digitaler Zwilling ist ein wesentlicher Bestandteil für den Erfolg, wenn man mit einer digitale Fabrik beginnt.
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