Der Digital Twin und sein Datenmanagement
Verfasst von: Florian Harzenetter
5/16/2022

Lesezeit: 4 min

Mit dem "Digital Twin" oder dem digitalen Zwilling haben Maschinen- und Anlagenbauer die Möglichkeit, ihre Nähe zum Kunden erheblich zu steigern und neuen, datengetriebenen Geschäftsmodellen erfolgreich den Weg zu bereiten. Denn bestimmte Maßnahmen, wie die Durchführung von Wartungs-, Reparatur- oder Überholungstätigkeiten können so minutengenau abgerechnet werden. Technische Grundlage dafür ist der digitale Zwilling einer Maschine oder Anlage, der das Anreichern, Pflegen, Weiterverarbeiten und Bereitstellen von Informationen möglich macht.

Die Anfänge des digitalen Zwillings im Maschinen- und Anlagenbau reichen bis in die 1990er-Jahre zurück. Damals wurde versucht, alle fertigungs- und prozessrelevanten Informationen direkt mit dem 3D-CAD-Modell zu verknüpfen und somit einen „3D-Master“ zu erschaffen. Der 3D-Master mit seinen Fertigungsinformationen (PMIs, Product Manufacturing Informations) wurde als Antwort auf die Fertigungszeichnung gesehen, die in eine digitale Sackgasse führt. Denn mit dem Ausleiten eines 2D-PDFs werden alle wertvollen Metadaten wie Toleranzen oder Bearbeitungsinformationen schlichtweg „platt“ gedrückt. Und dies können sehr viele sein: Ein Gussgehäuse von Schaeffler etwa, das mit PTC Creo erstellt wurde, kann bis zu 1 000 Merkmale enthalten und den Platz einer DIN-A0-Zeichnung gut füllen.

Zwar ist der 3D-Master inzwischen längst Stand der Technik, doch hatte bisher keiner im Maschinen- und Anlagenbau den Ehrgeiz, ihn als Instrument für die Kundenkommunikation zu nutzen. Nun aber ist die große Stunde des digitalen Zwillings gekommen. Neu ist übrigens, dass der digitale Zwilling nicht nur die Mechanik, sondern auch andere Disziplinen wie Elektrik/Elektronik und Steuerungssoftware umfasst. Insgesamt sind es:

  • As-built-Daten einschließlich Änderungen aus dem Maschinen- bzw. Anlagenlebenszyklus und Simulationsmodelle
  • Abweichungen von der „150-Prozent“-Stückliste (Maximalkonfigurationsstückliste)
  • Materialeigenschaften der Komponenten
  • Ergebnisse der Qualitätsprüfung
  • Informationen aus Fertigung und Montage
  • Aktuelle Informationen über Wartungs- und Überholungsmaßnahmen.
  • IIot-Felddaten aus dem laufenden Betrieb

All diese Daten gilt es, über einen Digital Thread geltungssicher über den gesamten Lebenszyklus zu verwalten. Bei PTC versteht man unter dem Begriff „Digital Thread“ einen digitalen roten Faden, der sich über die unterschiedlichen Datenquellen erstreckt. Daher ist eine Datenbereitstellung von verwandten vor- beziehungsweise nachgelagerten Informationen notwendig, sodass die Zusammenarbeit und der Abgleich zwischen geplanten Tätigkeiten im Rahmen eines digitalen Geschäftsmodells möglich wird, das auf dem Digital Twin basiert.

Wie aber werden diese unterschiedlichen Daten miteinander abgeglichen? Der Digital Thread durchzieht ja viele IT-Systeme, PLM-, ERP-, CRM-Systeme, aber auch Konfiguratoren und andere Systeme. Die zugehörigen Produktstrukturinformationen werden über das PLM-System PTC Windchill verwaltet und können in Form einer Variantenstückliste vorliegen, die alle zugelassenen Konfigurationen eines Maschinen- oder Anlagentyps abdeckt („150-%-Stückliste“).Daraus wird der Digital Twin einer konkreten Kundenkonfiguration abgeleitet („100-%-Stückliste“). Wie der Digital Twin ausgestaltet ist, hängt empfindlich vom Anwendungsfall und dem ins Visier genommene Geschäftsmodell ab – und damit auch sein Datenmanagement.

Zum Beispiel hängt es davon ab, welche Sensordaten über eine IIoT-Anbindung einbezogen werden. Eine Orchestrierung von PLM- und Felddaten über Datenbanken hinweg ist notwendig.

Dies kann mit PTC ThingWorx geschehen, das man sich wie eine weitere Datenorchestrierungsschicht über das PLM-System angesiedelt vorstellen kann. ThingWorx ist Datenbank-agnostisch, will heißen, es kann, wie ein Knowledge Graph semantische Verknüpfungen zwischen Daten herstellen, die in verschiedenen Datenbanken abgelegt sind. Mit anderen Worten, bezogen auf den Digital Thread fungiert ThingWorx einem Software-Agenten ähnelnd, der im Unternehmensnetzwerk nach Möglichkeiten der logischen Verknüpfung von Daten sucht.

Das aktuelle SaaS PLM Windchill+ umfasst insbesondere die vier Themenschwerpunkte:

  • Qualitätsmanagement in geschlossenen Kreisläufen
  • verbesserte Zusammenarbeit und noch schnelleren Zugang zu relevanten Produktdaten
  • simultane Fertigungsvorbereitung
  • flexible Nutzungsmöglichkeiten,

die alle im Rahmen der Umsetzung einer Strategie zur Einführung eines Digital Twins Nutzen stiften.

Qualitätsmanagement in geschlossenen Kreisläufen. Windchill+ 12 spannt den digitalen roten Faden vom Produktentwurf und bis zur Informationsbereitstellung in der Fertigung. Windchill+ verbessert die Fähigkeit, schnell auf unerwünschte Ereignisse zu reagieren. Dies geschieht über die neue Funktion zum Nachweis der Rückverfolgbarkeit, die mit einer engen Integration des OSLC-Standards arbeitet. Windchill+ ermöglicht es Anwendern außerdem, qualitätskritische Designmerkmale gesondert zu verwalten und sie digitalen Zwillingen zuzuordnen.

Verbesserte Zusammenarbeit und effizienterer Zugriff auf Produktdaten. Windchill+ verbessert die Zusammenarbeit im Unternehmen und in der gesamten Lieferkette, indem es einen breiteren und tieferen Zugriff auf Produktdaten ermöglicht. Anwender können mit erweiterten AML - und AVL-Informationen arbeiten, um die Beschaffung zu optimieren und die Einhaltung von Qualitätsstandards zu gewährleisten.

Simultane Fertigungsvorbereitung. Windchill+ sorgt für eine verbesserte Datendurchgängigkeit, sodass Ingenieure notwendige Änderungen in der Fertigung und anlagenspezifischen Stücklisten schnell einsehen und abgleichen können. Die Konfiguration von Produkten wird durch Funktionen von Windchill+ vereinfacht, weil benutzerdefinierte und regelbasierte Elemente in den konfigurationsspezifischen Stücklisten unmittelbar angezeigt werden.

Flexible Nutzungsmöglichkeiten. Der digitale Zwilling ist Ausdruck eines digitalen Ökosystems. Die Mehrwerte für den Kunden lassen sich über Cloud-Angebote verfügbar machen, sodass die einzelnen Stakeholder ihre IT-Infrastruktur nach eigenem Gusto weiter betreiben können. Windchill bietet daher flexible Bereitstellungsoptionen, darunter Cloud-basierte und On-Premise-Optionen, die es einfach machen, mit den sich ändernden Anforderungen umzugehen. Und dank der Verpflichtung zu Offenheit und Standardkonformität ist die Integration von Windchill mit anderen Unternehmensanwendungen, ob nun von PTC oder nicht, einfacher denn je. 

Erfahren Sie mehr über Windchill Dank einfachem, sicherem Datenzugriff für interdisziplinäre, geografisch verteilte Teams, qualitätsorientierten Prozessen und einem datenbasierten Fertigungsansatz ermöglicht Windchill Produktentwicklung auf höchstem Niveau. Mehr erfahren
Tags: Produktlebenszyklus-Management (PLM) Windchill
Der Autor Florian Harzenetter

Dr. Florian Harzenetter ist Senior Director EMEAI Market Development bei PTC und unterstützt Industriekunden in Central Europe dabei, ihre Industrie 4.0-Strategie voranzutreiben. Er konzentriert sich auf Funktionen entlang des Produktlebenszyklus in den mittelständigen Unternehmen bis hin zu multinationalen Konzernen.