Welchen Nutzen haben andere von meinem Fabrikmodell als Digital Twin?

Illustration Digital Twin effektive Nutzung in der Fabrikplanung

Immer häufiger taucht im Meer an Fachbegriffen und Anglizismen im Bereich der Planung und dem Betrieb von Fabriken der Begriff Digital Twin (Digitaler Zwilling) auf. Doch welche Bedeutung hat dieser Begriff und welche Auswirkung hat das Thema auf das eigene Unternehmen? Und was hat das mit dem Nutzen eines Fabrikmodells für andere zu tun?

Auch wenn der Begriff Digital Twin recht neu ist und aktuell immer mehr Verbreitung findet, ist das Thema, welches dahinter steht, schon sehr alt. Nur durch die rasante Entwicklung der Rechentechnik eröffnen sich immer neue Möglichkeiten, die vor Jahren noch undenkbar waren.

Früher sowie auch heute nutzt man Fabrikmodelle, um ein abstraktes bzw. reduziertes Abbild der Realität oder eines Sachverhaltes darzustellen. Dies lag bzw. liegt häufig darin begründet, dass die Realität oder der Sachverhalt zu komplex waren, um diese 1:1 abzubilden, zu verstehen oder zu erklären. Mit dem Voranschreiten der Technik kann jedoch der Abstraktionsgrad eines Fabrikmodells auf ein Minimum reduziert werden. Ist der Abstraktionsgrad bei null, spricht man von einem Digital Twin.

Ziel eines Fabrikmodells oder Digital Twins

Aber egal, ob es nun um ein Fabrikmodell oder einen Digital Twin geht, wichtig sind die Ziele, die hinter der Erstellung stehen. Diese können im Wesentlichen in den folgenden drei Punkten zusammengefasst werden:

  • Verständnisgewinn
  • Planungssicherheit
  • Kommunikationsunterstützung

Der Verständnisgewinn zielt insbesondere darauf ab, Zusammenhänge und Zustände nachvollziehen zu können. Hier geht es beispielhaft um Fragen, warum die Durchlaufzeit so hoch ist oder warum die Auslastung der Maschinen so gering ist.

Die Planungssicherheit spielt insbesondere bei der Vorausschau von Szenarien eine Rolle. Man möchte wissen, was unter bestimmten Bedingungen passieren wird bzw. soll. Also was brauche ich z.B. als Lagerfläche, wenn ich meine Produktion verdopple oder wie hoch ist der Transportaufwand, wenn ich eine Produktionslinie verlagere.

Die Kommunikationsunterstützung dient vor allem dazu, etwas erklärbar zu machen. Gerade wenn etwas unbekannt ist oder es ein unterschiedliches Verständnis z.B. auf Grund unterschiedlicher Qualifikationen oder fachlicher Hintergründe gibt.

Bisherige Fabrikmodelle und Digital Twins

Welche Fabrikmodelle und Digital Twins werden aktuell in den Unternehmen genutzt?

Bei den Fabrikmodellen kann man sicherlich eine ganze Reihe aufzählen. Jedoch jedes dieser Fabrikmodelle bildet unterschiedliche Aspekte der Realität bzw. des Sachverhaltes ab und das auch noch in verschiedenen Abstraktionsgraden. An dieser Stelle möchte ich nur stellvertretend auf zwei Fabrikmodelle eingehen.

Ein typisches Fabrikmodell ist das ERP-System (Enterprise Ressource Planning). Es dient hauptsächlich zur Planung und Steuerung der Prozesse in einem Unternehmen. In der Regel ist es sehr aktuell, da eine starke Abhängigkeit zu den Geschäftsprozessen besteht. Es deckt jedoch nicht alle Aspekte eines Unternehmens ab und ist auch nur ein abstraktes Abbild der Realität.

Das zweite typische Fabrikmodell ist das Fabriklayout. Dieses bildet die räumliche Struktur eines Unternehmens ab. Da Veränderungen im Layout eher sporadisch erfolgen und vermeintlich keine direkte Kopplung zu den Geschäftsprozessen besteht, ist die Aktualität meist nicht gegeben. Zudem ist es, wenn die Abbildung nur 2D erfolgt, ein sehr abstraktes und vereinfachtes Abbild der Realität.  

2D Layout einer Fabrik mit zusätzlichen Informationen zum Transport und Materialfluss
Beispiel für ein 2D-Layout einer Fabrik mit Zusatzinformationen zum Materialfluss

Wenn also die aktuellen Fabrikmodelle teilweise noch einen sehr hohen Abstraktionsgrad haben, schließt es das Vorhandensein eines Digital Twins aus. Es ist also vielmehr das Ziel, die bestehenden Fabrikmodelle mit aktuellen Daten zu füttern und untereinander zu vernetzen, um am Ende dem Ziel eines Digital Twins näher zu kommen.

Wofür der ganze Aufwand? 

Natürlich steht dem Ausbau der Fabrikmodelle hin zum Digital Twin ein nicht unerheblicher Aufwand gegenüber. Auf der anderen Seite ist jedoch der dadurch erreichbare Nutzen sehr groß.

Ein gutes Beispiel hierfür ist der Crash Test von Autos. Früher wurden Crash Tests ausschließlich mit realen Fahrzeugen durchgeführt. Dies war sehr aufwändig und kostenintensiv. Heute können viele Crash Tests durch digitale Modelle, man könnte fast sagen Digital Twins, durchgeführt werden. Dadurch spart man viel Zeit und Ressourcen. Zudem kann man viel mehr Tests durchführen und kommt so zu mehr Wissen, was wiederum zu einem besseren Produkt führt.  

Für die Fabriken und Unternehmen der Zukunft wird es nicht anders sein, und mit dem Ziel Digital Twin vor Augen ist der Weg definiert.

Ein Fabrikmodell aber vielfacher Nutzen

Leider wird beim Modell Fabriklayout der Nutzen zu gering gesehen. Häufig ist das Fabriklayout in den Händen und in der Verantwortung weniger Mitarbeiter. Und häufig werden nur die gerade im Fokus stehenden Daten und Informationen eingepflegt  bzw. aktualisiert. Zu oft fehlt die Sicht, wer alles Informationen aus dem Fabriklayout zieht und wer das Fabriklayout zur Planung benötigt bzw. wer es zur Abstimmung mit anderen braucht. Kommen doch genau an dieser Stelle wieder die Ziele eines Fabrikmodells oder Digital Twins zum Tragen. Die folgenden Punkte geben auszugsweise einen Überblick über den Nutzen anderer an einem Fabrikmodell:

Verständnisgewinn

  • Aufstellplan zum Ausmessen für den Meister oder Vorarbeiter
  • Information für Mitarbeiter
  • Flucht und Rettungswege für die Mitarbeiter, Behörden und Feuerwehr
  • Lageplan und Gebäudeübersicht für Besucher

Planungssicherheit

  • Layoutstruktur für den Fabrikplaner
  • Transportaufwand für den Logistiker
  • Flächenkennzahlen für den Industrial Engineer
  • Verkehrsdichte für die Arbeitssicherheit
  • Anschluss- und Verbrauchsdaten für den TGA Planer

Kommunikationsunterstützung

  • Abstimmung mit Lieferanten zu Ausrüstungslieferungen
  • Datenaustausch mit Architekten und Bauplaner
  • Entscheidungsvorlage für Vorgesetzte oder für Investoren
  • Ausrüstungsliste für den Facility Manager

Je detaillierter, aber auch verständlicher das Fabriklayout als Fabrikmodell wird, desto näher wird es dem Digital Twin kommen und umso mehr Personen können einen Nutzen daraus ziehen, der als Gewinn in Ihre Arbeit und Ihr Unternehmen zurückfließt.

3D Layout Fabrik als Digital Twin
Beispiel für detailgetreue Abbildung einer Fabrik im Sinne des Digital Twin
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Dr. Uwe Günther
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