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Der digitale Zwilling: ein Game-Changer in der Produktentwicklung und Inbetriebnahme

Der digitale Zwilling ist im Maschinen- und Anlagenbau ein viel diskutiertes Thema. Während einige Unternehmen noch die theoretischen Einsatzmöglichkeiten evaluieren, setzen andere den Digital Twin bereits erfolgreich in der Praxis ein. Dies gilt beispielsweise im Bereich der virtuellen Inbetriebnahme. Wie Konstrukteure, Hardwareplaner, Elektrotechniker, SPS-Programmierer, Softwareentwickler und Außendiensttechniker hierbei konkret profitieren können, zeigt das Beispiel eines Engineering-Dienstleisters, der die Technologie in sein Tagesgeschäft implementiert hat.

Der digitale Zwilling und seine Relevanz im Engineering

Der digitale Zwilling ist nicht nur ein Kernelement der Industrie 4.0, sondern auch eine bedeutende Innovation für Engineering-Teams. Denn er verändert die Vorgehensweise bei der Entwicklung und Inbetriebnahme von Produkten grundlegend. Möglich macht dies seine Kerneigenschaft: das vollständige Abbilden einer realen Maschine im virtuellen Raum mit all ihren Details und physikalischen Eigenschaften.

Welche Vorteile der digitale Zwilling in der Praxis konkret mit sich bringt, kann das Team der blue automation GmbH sehr gut beurteilen. Der Dienstleister beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit Automatisierungstechnik für die Branchen Automotive, Zulieferer, Pharma- und Medizintechnik sowie Food and Beverage. Zum Portfolio zählen Hardware-Design und SPS-Software-Entwicklung ebenso wie Robot Engineering. Aus seiner langjährigen Projekterfahrung weiß der Siemens-Solution-Partner, dass Erwartung und Realität beim traditionellen Vorgehen der Produktentwicklung weit auseinandergehen können: Prozesse funktionieren nicht wie geplant, die Software erfüllt nicht alle Anforderungen, das Inbetriebnahme-Team hat Verständnisschwierigkeiten, es sind umfangreiche mechanische Änderungen erforderlich oder es kommt nach dem Start sogar zu Schäden durch einen Crash. All diese Probleme lassen sich vermeiden, wenn eine Maschine oder Anlage zunächst im virtuellen Raum getestet und optimiert wird.

Erhebliche Kosten- und Zeitersparnis möglich

Der Ansatz von blue automation ist stufenweise aufgebaut. Zunächst werden vom Kunden auf Basis der mechanischen Konstruktion die 3D-Daten der geplanten Anlage erstellt. Nun fügt der Anbieter die physikalischen Eigenschaften der Maschine mittels MCD hinzu. Dies ist notwendig, um Verhalten, Bewegungen und Schnittstellen sämtlicher Sensoren und Aktoren abzubilden. Im nächsten Schritt ist der somit entstandene virtuelle Zwilling bereit, in Verbindung mit der SPS-Steuerung virtuell getestet zu werden. Jede Funktion und der gesamte Prozess kann somit im Detail evaluiert werden, noch bevor die Anlage in den Bau geht. Selbstredend ergeben sich daraus eine ganze Reihe von Benefits.

Zunächst ist die virtuelle Inbetriebnahme mithilfe des Digital Twins hilfreich für grundlegende Machbarkeits- und Erreichbarkeitsanalysen. Weiterhin hilft sie dabei, Konstruktionsfehler in einer sehr frühen Phase zu identifizieren und zu beheben. Ebenso werden Möglichkeiten für Material- und Energieeinsparungen sichtbar. Auch lässt sich die Qualität der zugehörigen Softwareprogramme durch virtuelle Erprobung deutlich steigern. In Summe führen diese Eigenschaften dazu, dass Kosten für nachträgliche Änderungen sinken, nachhaltigere Lösungen entstehen und ein optimiertes Produkt ausgeliefert wird – sowohl im Hinblick auf die Hardware als auch auf die Software.

Inbetriebnahme-Prozess wird ebenfalls deutlich verbessert

Neben Kosten- und Zeiteinsparungen sowie deutlichen Qualitätsverbesserungen hat der digitale Zwilling einen weiteren großen Vorteil: Außendienstmitarbeiter können sich mit der Maschine oder Anlage im Detail vertraut machen, noch bevor sie die Reise zum Endkunden antreten. Gerade bei komplexen Produkten ist dies ein klarer Pluspunkt. Denn die virtuelle Erprobung im Vorfeld bewirkt, dass die reale Inbetriebnahme weitaus reibungsloser vonstattengeht. Dies wiederum steigert nicht nur die Zufriedenheit der Kunden, die einen planmäßigen und problemlosen Produktivstart natürlich begrüßen. Auch die vorhandenen Personalressourcen werden erheblich geschont. In Zeiten, in denen Personalmangel herrscht und die Reisebereitschaft der Mitarbeiter im Allgemeinen zurückgeht, ist dies ein ebenfalls nicht zu unterschätzender Faktor.
 

Weitere Use Cases für den Digital Twin

Da der digitale Zwilling mit 3D-Daten, SPS und Bedienelementen vorhanden ist, kann er auch dazu genutzt werden, unerfahrenes oder neues Bedienpersonal auszubilden. Gegenüber einer Ausbildung an der realen Anlage ist diese Variante vollkommen risikofrei, da Fehlbedienungen nicht zu Schäden führen. Weiterhin können verschiedene Fehlerszenarien inklusive der jeweiligen Problemlösung eingeübt werden.

Natürlich kommt es in der Praxis immer wieder vor, dass eine laufende Anlage umgebaut oder erweitert werden soll. Auch an dieser Stelle spielt der digitale Zwilling seine Stärken aus. Denn er ermöglicht es, den Umbau virtuell zu planen und umzusetzen, die Software anzupassen und das Gesamtkonstrukt zu testen. Erst wenn dies erfolgreich verläuft, wird die reale Anlage verändert. Durch diesen Ansatz lassen sich Stillstandszeiten beim Umbau deutlich minimieren.

Nicht zuletzt ist der digitale Zwilling durch die 3D-Modellierung eine sehr gute Visualisierung der realen Anlage. Somit kann er auch für Werbezwecke, auf Messen, für Kundenschulungen oder im Rahmen von Demonstrationen durch den Vertrieb eingesetzt werden.

Veröffentlichtes Advertorial im Handelsblatt, 28.02.2024