Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell eines physischen Objekts: einer Maschine, einer Fertigungslinie, einer einzelnen Baugruppe oder einer ganzen Fabrik. Er empfängt in Echtzeit Daten von Sensoren und zeigt den aktuellen Zustand der Anlage an. An ein solches Modell können Schwingungen, Temperatur, Belastung, Druck, Betriebsgeschwindigkeit oder die Anzahl der Produktionszyklen übertragen werden. Dadurch sieht der Ingenieur nicht nur ein „Bild“ des Objekts, sondern dessen tatsächliches Verhalten während des Betriebs.
Der Digital twin wird in verschiedenen Phasen des Lebenszyklus einer Anlage eingesetzt: bei der Planung, Inbetriebnahme, im Betrieb und bei der Wartung. Bei einer CNC-Werkzeugmaschine kann ein solches Modell beispielsweise eine Überhitzung der Spindel oder zunehmende Vibrationen bereits vor einem Notstopp anzeigen. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen 3D-Modell, das nach der Erstellung im CAD statisch bleibt, wird der Digital Twin ständig aktualisiert und ist mit der realen Anlage verbunden. Genau deshalb betrachtet Industrie 4.0 ihn als Instrument zur datengestützten Überwachung, Prognose und Steuerung der Produktion.
Ein 3D-Modell ist eine statische geometrische Darstellung einer Anlage, die in CAD für die Planung, Konstruktionsprüfung und Dokumentationserstellung erstellt wird. Der digitale Zwilling funktioniert anders: Er wird über IoT-Sensoren mit dem realen Objekt synchronisiert und aktualisiert die Parameter in Echtzeit. Bei einer CNC-Werkzeugmaschine zeigt ein solches Modell beispielsweise nicht nur die Form des Gehäuses, die Baugruppen und die Anordnung der Mechanismen, sondern auch die aktuelle Spindeltemperatur, den Verschleiß des Werkzeugs und die Prognose des Wartungsbedarfs. Genau aus diesem Grund werden digitale Zwillinge nicht nur zur Visualisierung, sondern auch zur Zustandsüberwachung der Anlagen, zur Risikoanalyse und zur Wartungsplanung eingesetzt.
| Kriterium | 3D-Modell der Anlage | Digitaler Zwilling |
| Modelltyp | Statisches CAD-Modell | Dynamisches Modell, das mit einem realen Objekt verknüpft ist |
| Daten | Geometrie, Abmessungen, Baugruppen | Geometrie, Temperatur, Schwingung, Belastung, Zustand der Baugruppen |
| Anbindung an die Anlage | Keine direkte Verbindung zu Sensoren | Erfasst Daten über IoT-Sensoren, Steuerungen oder Produktionssysteme |
| Aktualisierung | Ändert sich automatisch nach der Bearbeitung der Datei | Wird in Echtzeit oder in festgelegten Intervallen aktualisiert |
| Zweck | Planung, Dokumentation, visuelle Überprüfung | Überwachung, Prognosen, Szenariotests und Wartungsplanung |
Industrie 4.0 ist ein übergreifendes Konzept zur Digitalisierung der Produktion, das IoT, Automatisierung, Datenanalyse, PLM-Systeme und digitale Zwillinge in einem gesteuerten Prozess vereint. Im Wesentlichen verändert die vierte industrielle Revolution die Herangehensweise an den Umgang mit Anlagen: Ein Unternehmen entwirft nicht mehr nur eine Maschine oder eine Produktionslinie, sondern hat deren Zustand, Auslastung, Risiken und Veränderungen in Echtzeit im Blick. Damit ein solches System nicht mit einzelnen Dateien, sondern als einheitliche digitale Umgebung funktioniert, wird häufig die 3DExperience Platform für digitale Doppelgänger eingesetzt, in der Konstruktionsmodelle, Daten und Teams nahtlos miteinander verknüpft sind.
Für ein Maschinenbauunternehmen ist dies besonders wichtig, da sich der digitale Zwilling auf aktuelle CAD-Daten, die Produktstruktur, die Änderungshistorie und die technische Dokumentation stützen muss. Genau hier kommen die PLM-Lösungen von Dassault Systèmes ins Spiel: Sie helfen dabei, den Lebenszyklus von Anlagen zu verwalten, digitale Zwillinge von Anlagen zu erstellen, Änderungen abzustimmen und aus der Ferne an Projekten zu arbeiten. Dadurch sehen Konstrukteure, Technologen, Servicetechniker und Manager keine isolierten Daten, sondern ein gemeinsames Gesamtbild der Produktion.
Digitale Zwillinge kommen dort zum Einsatz, wo Lösungen vor der physischen Inbetriebnahme getestet, der Zustand von Anlagen überwacht oder Mitarbeiter geschult werden müssen, ohne dass dabei Risiken für die reale Produktionsstätte entstehen. Für ein Maschinenbauunternehmen ist dies ein praktisches Werkzeug, das die Automatisierung der Produktion unterstützt: Ingenieure sehen, wie die Linie funktioniert, wo es zu Überlastungen kommt und welche Baugruppe Aufmerksamkeit erfordert. Kurz gesagt: Ein solches Werkzeug hilft dabei, nicht zu raten, sondern mit klaren Daten zu arbeiten. Am häufigsten wird es in folgenden Szenarien eingesetzt:
Solche Szenarien sind nützlich für Unternehmen, in denen jeder Maschinenstillstand Auswirkungen auf Termine, Selbstkosten und den Betrieb benachbarter Bereiche hat. Die digitale Transformation erscheint hier nicht als abstrakte Modernisierung: Sie gibt Ingenieuren ein verständliches Werkzeug zur Überprüfung, Kontrolle und Planung an die Hand. Sie können mit einer einzelnen kritischen Maschine oder einem Bereich beginnen und den Ansatz dann schrittweise auf andere Anlagen ausweiten.
Für die Einführung eines digitalen Zwillings benötigt ein Unternehmen eine klare Ausgangsbasis: ein 3D-Modell der Anlage oder des Produktionsvermögenswerts, Daten aus der realen Anlage und eine Plattform, die alles zu einem Gesamtbild zusammenführt. In der Regel bilden CAD/PLM-Modelle, Sensoren an den Anlagen, Datenübertragungskanäle und eine Visualisierungsumgebung, wie beispielsweise 3DExperience, die Grundlage. Wenn Sie gerade erst den ersten Schritt abwägen, sollten Sie mit einer technischen Beratung durch GEO-MENTOR zur Einführung von Industrie-4.0-Lösungen beginnen, um den kritischen Knotenpunkt, die benötigten Daten und das konkrete Anwendungsszenario zu ermitteln. In der Praxis muss es sich dabei nicht unbedingt um das gesamte Werk handeln, sondern kann auch eine einzelne Maschine, ein Getriebe, eine Förderanlage oder ein Bereich sein, in dem Stillstände die größten Verluste verursachen. Vor der Einführung sollten einige grundlegende Voraussetzungen geprüft werden:
Dieser Ansatz eignet sich gut für Unternehmen, die ihre digitale Transformation nicht blindlings in Angriff nehmen wollen. Industrie 4.0 beginnt nicht mit großen Worten, sondern mit einer konkreten Aufgabe: Stillstände reduzieren, den Zustand einer Komponente überwachen, einen neuen Betriebsmodus testen oder Wartungsarbeiten besser planen. Genau aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Branchenlösungen von GEO-MENTOR für die Produktion als Grundlage für einen schrittweisen Übergang zu digitalen Zwillingen im Maschinenbau, im Flugzeugbau, im Bergbau, in der Öl- und Gasindustrie sowie im Infrastrukturbereich zu betrachten.
Digitale Zwillinge verwandeln ein statisches 3D-Modell in ein dynamisches Instrument zur Überwachung und Prognose. Für ein Maschinenbauunternehmen bietet dies die Möglichkeit, den Zustand der Anlagen im Betrieb zu überwachen, Ausfallzeiten zu reduzieren, Wartungsmaßnahmen datengestützt zu planen und Änderungen ohne Risiko für die reale Produktion zu testen. Auf diese Weise verwandelt die vierte industrielle Revolution technische Modelle vom Format einer „digitalen Zeichnung“ in ein praktisches Instrument zur Steuerung von Produktionsprozessen.
Ja, wenn das Unternehmen nicht nur die Geometrie der Anlagen, sondern auch deren tatsächlichen Zustand einsehen möchte. Ein 3D-Modell hilft bei der Planung, der Überprüfung der Anordnung und der Erstellung der Dokumentation. Der digitale Zwilling ergänzt diese Informationen um Daten aus dem realen Objekt: Temperatur, Vibrationen, Belastung und Betriebszyklen. Daher fungiert er im Rahmen des Industrie-4.0-Konzepts als Instrument zur Überwachung, Prognose und technischen Analyse des jeweiligen Objekts.
Man sollte mit einem einzigen kritischen Anlagenteil beginnen und nicht gleich mit dem gesamten Werk. Das kann eine CNC-Werkzeugmaschine, ein robotergestützter Arbeitsbereich, ein Getriebe, eine Pumpstation oder ein Prüfstand sein. Anschließend müssen das 3D-Modell, die Datenquellen, die Sensoren, die PLM-Umgebung und das Anwendungsszenario überprüft werden. Ein solcher Ansatz verringert das Projektrisiko und zeigt, welche Daten die Produktion zu Beginn tatsächlich benötigt.
Der digitale Zwilling ist insofern nützlich, als er die Wartung vom Modus „nach dem Ausfall“ in einen zustandsorientierten Betriebsmodus überführt. Das Serviceteam sieht Temperatur, Vibration, Belastung, Zyklen und andere Parameter der Baugruppe. Wenn die Daten den normalen Bereich überschreiten, kann eine Überprüfung geplant werden, bevor es zu einem Notstillstand kommt. Für die komplexe Maschinenbauindustrie bedeutet dies eine präzisere Reparaturplanung und weniger manuelle Überprüfungen.
Ja, der digitale Zwilling kann schrittweise eingeführt werden. Eine vollständige Automatisierung der Produktion ist in der ersten Phase keine zwingende Voraussetzung. Es reicht aus, eine Komponente auszuwählen, über ein technisches Modell davon zu verfügen, die erforderlichen Parameter festzulegen und die Datenquellen anzubinden. So kann ein Unternehmen beispielsweise mit der Überwachung von Temperatur und Schwingungen einer einzelnen Komponente beginnen und die Lösung erst später auf eine Produktionslinie oder eine Gruppe von Anlagen ausweiten.
PLM verleiht dem digitalen Zwilling eine technische Struktur: Modellversionen, Produktstrukturen, Änderungen sowie die Verknüpfung zwischen Dokumentation und realem Asset. Ohne PLM kann es vorkommen, dass das Team über mehrere Dateien, unterschiedliche Zeichnungsversionen und inkonsistente Daten verfügt. Für Industrie 4.0 ist dies eine Schwachstelle, da sich der digitale Zwilling genau auf das aktuelle Modell stützen muss und nicht auf eine veraltete Datei.
