In jeder Sekunde werden in den Fertigungshallen rund um den Globus Datenströme erzeugt, die noch vor einem Jahrzehnt unvorstellbar gewesen wären – und intelligente Hersteller verwandeln diese Datenlawine in ihren größten Wettbewerbsvorteil, indem sie die Rohdaten in verwertbare Informationen umwandeln. Das Geheimnis liegt in zwei revolutionären Technologien, die perfekt miteinander harmonieren: Die Technologie des digitalen Zwillings erstellt intelligente virtuelle Nachbildungen von physischen Anlagen und Prozessen, während digitale Fäden lückenlose Daten über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg erstellen und verfolgen.
Dabei handelt es sich nicht nur um digitale Modelle, sondern um aktive, atmende Darstellungen, die den realen Betrieb mithilfe von IIoT-Sensoren, maschinellen Lernalgorithmen und fortschrittlicher Simulationssoftware widerspiegeln. Digitale Zwillinge fokussieren ihre analytische Leistung auf bestimmte Anlagen oder Prozesse und liefern Echtzeit-Einsichten, die kostspielige Leistungsprobleme verhindern, bevor sie auftreten. Digitale Fäden konzentrieren sich auf die Produktansicht und verbinden CAD-Systeme, PLM-Plattformen und IoT-Netzwerke, um eine ununterbrochene Kette von Intelligenz vom Produktdesign bis zur Ausmusterung zu schaffen.
Das Ergebnis? Hersteller können nun Szenarien testen, die Leistung optimieren und wichtige Entscheidungen mit beispielloser Geschwindigkeit und Genauigkeit treffen, während gleichzeitig eine vollständige Rückverfolgbarkeit und Genealogie gewährleistet ist. In diesem Blog erfahren Sie, wie diese komplementären Technologien zusammenarbeiten und warum die Simulation die entscheidende Brücke ist, die sie miteinander verbindet, um echte Fertigungsexzellenz zu erreichen.
Verstehen der Kernkonzepte
Hervorragende Leistungen in der Fertigung hängen von zwei sich ergänzenden digitalen Innovationen ab, die die betrieblichen Möglichkeiten neu gestalten. Für Unternehmen, die ihre digitale Transformation vorantreiben, ist das Verständnis ihrer Kernkonzepte unerlässlich.
Was ist ein digitaler Zwilling? Definition und Fähigkeiten
Das Digital Twin Consortium definiert einen digitalen Zwilling als „eine integrierte datengesteuerte virtuelle Darstellung von realen Einheiten und Prozessen mit synchronisierter Interaktion in einer bestimmten Frequenz und Genauigkeit“. Diese virtuellen Prozessrepliken spiegeln die physischen Gegenstücke durch kontinuierliche Echtzeit-Datenrückkopplungsmechanismen wider.
Sensoren des industriellen Internets der Dinge (IIoT), Algorithmen für maschinelles Lernen und Simulationssoftware bilden die technologische Grundlage, die es digitalen Zwillingen ermöglicht, Produkt- und Prozessdaten zu erfassen und präzise Modelle zu erstellen. Durch diese technologische Integration können Unternehmen die Leistung überwachen, Systembeschränkungen erkennen, Ressourcen planen, den Materialbedarf berechnen und Wartungsanforderungen vorhersagen, bevor Probleme auftreten. Die Modellierungsfunktionen des digitalen Zwillings ermöglichen es den Teams, Änderungen virtuell zu testen, bevor sie in der realen Welt umgesetzt werden.
Was ist ein digitaler Thread? Lebenszyklus-Datenfluss erklärt
Ein digitaler Faden ist eine digitale Darstellung des Lebenszyklus eines Produkts, vom Entwurf über die Herstellung bis zur Wartung und darüber hinaus, und bietet einen nahtlosen Datenfluss, der alle Aspekte des Lebenszyklus verbindet. Digitale Threads stellen also nahtlose Datenflussverbindungen her, die Geschäftsprozesse, Systeme, Produkte und Geräte über komplette Wertschöpfungsketten hinweg miteinander verbinden. Dieser Kommunikationsrahmen zeichnet Datenverbindungen über den gesamten Produkt- und Systemlebenszyklus nach.
Herkömmliche Systemsilos wie computergestütztes Design (CAD), Product Lifecycle Management (PLM), Manufacturing Execution Systems (MES) und Enterprise Resource Planning (ERP) werden über eine digitale Thread-Architektur mit intelligenten Geräten und IoT-Plattformen verbunden. Durch diese Integration wird ein Echtzeit-Datenaustausch zwischen den Phasen Konstruktion, Fertigung und Wartung möglich.
Digitales Gewinde vs. Digitaler Zwilling: Hauptunterschiede
Beide Konzepte verwenden digitale Darstellungen, dienen jedoch unterschiedlichen operativen Zwecken:
- Umfang: Digitale Zwillinge konzentrieren sich auf die Prozesse und Ressourcen, die zur Unterstützung der Entwicklung, der Herstellung und des Vertriebs von Produkten erforderlich sind, während digitale Threads sich auf die detaillierten Produktmerkmale und -eigenschaften über den gesamten Lebenszyklus hinweg konzentrieren, indem sie vollständige Datenketten über Systeme und Zeitrahmen hinweg verknüpfen.
- Natur: Digitale Zwillinge fungieren als dynamische, interaktive Simulationen, die physisches Prozess- und Systemverhalten nachbilden; digitale Fäden schaffen kontextuelle Netzwerke, die relevante und verwandte Produktdaten über Zeiträume und Produktphasen hinweg organisieren.
- Beziehung: Digitale Zwillinge bieten Einblicke in Prozesse und Abläufe innerhalb des breiteren Rahmens des digitalen Threads und nutzen die detaillierten Produktinformationen, oft über mehrere Zwillinge hinweg, neben den integrierten Dokumenten und historischen Aufzeichnungen.
Diese Technologien ergänzen sich gegenseitig, um trotz ihrer grundlegenden Unterschiede durch eine verbesserte Datennutzung die Fertigungsqualität zu steigern.
Architektur und Datenfluss
Die praktische Umsetzung digitaler Threads und Zwillinge erfordert ausgeklügelte architektonische Rahmenbedingungen, die einen stabilen Datenfluss über miteinander verbundene Systeme hinweg ermöglichen.
Modellierung des digitalen Zwillings: Daten und Simulation fast in Echtzeit
Die Modellierung des digitalen Zwillings basiert auf einem bidirektionalen Datenfluss zwischen physischen Assets und virtuellen Repräsentationen. Dieser dynamische Austausch ermöglicht eine kontinuierliche Aktualisierung der digitalen Modelle auf der Grundlage der realen Betriebsbedingungen. Die technologische Infrastruktur, die digitale Zwillinge unterstützt, beginnt mit Produktionsdaten, die über speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), IoT-verbundene Geräte, Fertigungsausführungssysteme und ERP-Systeme stammen und die Basisinformationsebene bilden. Die Daten werden bereinigt, strukturiert und in Zwischentabellen zusammengestellt, die speziell für Simulationswerkzeuge entwickelt wurden. Untersuchungen von McKinsey zeigen, dass die genauesten Fabriksimulationen diskrete Ereignissimulationssoftware verwenden, die virtuelle Renderings erstellt, die in der Lage sind, Tausende von Produktionssequenzen auszuführen, um Engpässe und betriebliche Beschränkungen zu identifizieren.
Digitales Gewinde in der Fertigung: End-to-End-Konnektivität
Die Digital-Thread-Architektur ermöglicht eine nahtlose Konnektivität über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Das Framework fungiert als Kommunikations-, Erfassungs- und Speicherinfrastruktur, die zuvor isolierte Systeme wie CAD-, PLM-, MES- und ERP-Plattformen mit IoT-Netzwerken verbindet. Diese architektonische Integration ermöglicht den Datenaustausch in Echtzeit über verschiedene Fertigungsstufen hinweg. IBM charakterisiert dies als „nahtlosen Datenfluss, der alle Aspekte des Lebenszyklus verbindet“ und herkömmliche betriebliche Silos, die die Zusammenarbeit einschränken, beseitigt. Die einheitliche Datenstruktur implementiert einen einheitlichen Namensraum (Unified Name Space, UNS) für Geschäftsdaten, wodurch die Komplexität bei der Erweiterung von Anwendungsfällen erheblich reduziert wird.
Wie MES, Simulation und IoT beide Systeme antreiben
Manufacturing Execution Systems (MES) erfüllen durch die Verwaltung von Produktionsdaten, Planungsprotokollen und Workflow-Koordination wichtige Funktionen. Die Integration mit IoT-Sensoren, die Maschinendaten in Echtzeit erfassen, bildet das Grundgerüst zur Unterstützung von digitalen Threads und Zwillingen. Die MES-Konnektivität mit digitalen Zwillingen ermöglicht es Herstellern, Produktionsprozesse vor der physischen Umsetzung zu simulieren, zu analysieren und zu optimieren. Die technologische Infrastruktur umfasst IoT- und SCADA-Systeme für die Datenerfassung, KI- und maschinelle Lernalgorithmen für die Analyse sowie Cloud-/Edge-Computing-Plattformen für die Speicherung und Verarbeitung, die über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke miteinander verbunden sind.
Wann sollte man Digital Thread, Digital Twin oder beides verwenden?
Digitale Zwillinge erweisen sich als besonders wirksam für:
- Echtzeit-Überwachung und „Was-wäre-wenn“-Simulationen
- Dynamische Planung und Terminierung nahezu in Echtzeit
- Proaktive Risikobewertungen für alle operativen Systeme
- Innovationsbeschleunigung durch virtuelle Analyseprozesse
Digitale Fäden zeichnen sich darin aus:
- Agile Produktentwicklung durch synchronisierten Datenfluss
- Verbesserte Rahmenbedingungen für die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit
- Optimierte Konnektivität zwischen Fertigungsprozessen
- Detaillierte Produktrückverfolgbarkeit über den gesamten Produktlebenszyklus
Vergleichende Analyse: Digitaler Zwilling und digitale Fadentechnologie
Das folgende Diagramm fasst die wichtigsten Unterschiede zwischen den Implementierungen des digitalen Zwillings und des digitalen Fadens zusammen und verdeutlicht ihre komplementäre Rolle in modernen Fertigungsökosystemen.
Vergleich zwischen Digital Twin und Digital Thread
Aspekt | Digitaler Zwilling | Digitales Gewinde |
Definition | Integrierte datengesteuerte virtuelle Darstellung von realen Systemen und Prozessen mit synchronisierten Echtzeit-Idaten | Digitale Darstellung des Lebenszyklus eines Produkts, die einen nahtlosen Datenfluss bietet, der alle Aspekte des Lebenszyklus miteinander verbindet |
Umfang | Individuelle System- oder Prozessorientierung auf Anlagen- und Materialebene | Individueller Produktfokus mit unternehmensweiter Datenintegration, die mehrere IT-Systeme und betriebliche Zeitrahmen umfasst |
Technologie-Komponenten | – Cloud Computing – Algorithmen für maschinelles Lernen – Simulationssoftware- Planungs- und Dispositionssoftware – Echtzeit-Analysen | – CAD-Software – PLM-Systeme – IoT-Sensornetzwerke – MES-Plattformen – ERP-Systeme – Cloud-Speicher |
Primärer Zweck | Dynamische Simulation, die das physische Systemverhalten und die Leistung für Analyse und Planung nachbildet | Rahmen für die Datenorganisation, der die Verwaltung von Informationen über den gesamten Produktlebenszyklus und die detaillierte Rückverfolgbarkeit von Produkten ermöglicht |
Datenfluss-Architektur | Bidirektionaler Echtzeitaustausch zwischen physischen Systemen und Anlagen und den virtuellen Modellen | End-to-End-Konnektivität für nahtlose Informationspfade, Datenspeicherung und -analyse |
Wichtige Anwendungen | – Überwachung und Simulation in Echtzeit – Detaillierte Produktionsplanung – Leistungsoptimierung – Risikobewertung | – Abteilungsübergreifende Zusammenarbeit – Verwaltung des Produktlebenszyklus – Produktverfolgung und -rückverfolgbarkeit – Datengestützte Entscheidungshilfe |
Skalierbarkeit Merkmale | Datengenerierte und -gesteuerte Modellerstellung und -anpassung | Unternehmensweite Skalierbarkeit durch Verbindung mehrerer Systeme und Datenquellen |
Fähigkeiten zur Integration | Wissensdatenbank des Unternehmens, die alle Prozessabläufe, Geschäftsregeln und operative Entscheidungslogik erfasst | Produktwissensdatenbank, die alle Produktdesignmerkmale, Benutzeranforderungen und Detailmerkmale erfasst |
Schlussfolgerung
Die Fertigung ist in eine Ära eingetreten, in der digitale Zwillinge und digitale Fäden als komplementäre Kräfte fungieren, die nie dagewesene betriebliche Möglichkeiten vorantreiben. Diese Technologien stellen mehr als nur inkrementelle Verbesserungen dar – sie verkörpern eine grundlegende Neugestaltung der Art und Weise, wie Hersteller an die Anlagenverwaltung, Prozessoptimierung und strategische Planung herangehen.
Die Stärke digitaler Zwillinge liegt in ihrer konzentrierten Intelligenz: Überwachungsfunktionen nahezu in Echtzeit, prädiktive Erkenntnisse und virtuelle Testumgebungen, die das Rätselraten bei wichtigen Entscheidungen eliminieren. Digitale Zwillinge bieten das Bindegewebe, das isolierte Produktdatenpunkte in umfassende Betriebsdaten umwandelt und die Konstruktionsabsichten mit den Fertigungsrealitäten und Wartungsergebnissen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg verbindet.
Die Integration verstärkt beide Technologien in exponentieller Weise. Digitale Zwillinge werden zu intelligenten Knotenpunkten innerhalb breiterer digitaler Fadennetzwerke und schaffen Produktionsökosysteme, in denen Präzision auf Mikroebene auf eine strategische Vision auf Makroebene trifft. Diese Konvergenz ermöglicht es Herstellern, einzelne Komponentenänderungen zu simulieren und gleichzeitig deren Auswirkungen auf die gesamte Produktionskette zu verstehen – eine Fähigkeit, die noch vor wenigen Jahren unvorstellbar war.
Die Umsetzung in der Praxis bestätigt diesen Ansatz durch messbare Ergebnisse. In der Luft- und Raumfahrtindustrie wurden mehrstufige Prüfverfahren umgestellt, Automobilhersteller berichten von kürzeren Entwicklungszeiten, und in der Lebensmittelproduktion wurden durch gezielte Simulationsanalysen Effizienzengpässe beseitigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Integration digitaler Zwillinge und digitaler Threads in verschiedenen Fertigungsumgebungen einen greifbaren Nutzen bringt.
Die diskrete Ereignissimulation fungiert als Analysemaschine, die kontinuierliche Datenströme in verwertbare Informationen umwandelt, die eine proaktive Entscheidungsfindung unterstützen. Diese Simulationsfunktion ermöglicht es Herstellern, Szenarien zu untersuchen, potenzielle Einschränkungen zu erkennen und Abläufe vor der physischen Umsetzung zu verbessern.
Um in der modernen Fertigung erfolgreich zu sein, müssen beide Technologien im Rahmen eines kohärenten strategischen Rahmens eingesetzt werden. Unternehmen, die diese Integration beherrschen, schaffen nachhaltige Wettbewerbsvorteile durch synchronisierte digitale Zwillinge, digitale Fäden und Simulationsfunktionen, die die operative Exzellenz in allen Aspekten ihrer Fertigungsabläufe fördern.