Lifecycle Digital Twins: Datensilos entlang des Fabriklebenszyklus abschaffen und neues Potenzial schaffen

In den letzten Jahren wurde das Konzept des Digital Twins zum integralen Bestandteil vieler Fertigungssysteme.

Heutige Digitale Zwillinge konzentrieren sich jedoch in den meisten Fällen jeweils nur auf die Betriebs- oder Planungsphase. Dies ist insbesondere bei Anlagen mit einem langen Lebenszyklus, wie z. B. einer Fabrik, problematisch.

Heutige Herausforderungen verhindern eine konsistente Datennutzung entlang des Lebenszyklus einer Fabrik

Der Lebenszyklus einer Fabrik besteht im Wesentlichen aus der Planung und dem anschließenden Betrieb. Während der Planungsphase wird eine erste digitale Replika der zukünftigen Fabrik entworfen. Diese Replika enthält typischerweise digitale Fabrikmodelle, wie eine Topologie der geplanten physischen Struktur, sowie Simulationen und prozess- und materialflussbezogene Daten. In der folgenden Betriebsphase hingegen verlagert sich der Fokus des Data-Backbones auf aktuelle Maschinen- und Prozessdaten in Kombination mit Auftragsabwicklungsinformationen.

Allerdings gibt es heute keine umfassenden Standards, die eine herstellerunabhängige Integration der Planungs- und Betriebsphase erlauben. Dies führt dazu, dass der Digital Twin der Betriebsphase nicht auf der digitalen Replika der Planungsphase basiert. Stattdessen muss ein neues Informationsmodell, das die Topologie der Fabrik beschreibt, erstellt werden. Der Aufbau eines Digitalen Zwillings auf diese Weise führt zu isolierten Datensilos, sowie zu fehleranfälligen und zeitaufwändigen manuellen Prozessen.

Das Implementieren eines Lifecycle-Digital-Twins bringt gleich mehrere Vorteile mit sich

Ein Digitaler Zwilling, der den gesamten Lebenszyklus einer Fabrik abdeckt, eliminiert ungenaue Informationen und schafft flexible und anpassungsfähige Prozesse, basierend auf einem gemeinsamen Datenstand. Hierdurch kann der Planungsaufwand der Fabrik um bis zu 40 % reduziert werden, da sich Entscheidungsprozesse beschleunigen.

Darüber hinaus können die Integrations- und Umstellungskosten zwischen IT-Systemen radikal reduziert werden. Dies wird insbesondere durch das lösungsunabhängige Design des Digitalen Zwillings auf Basis offener Informationsstandards erreicht. Die Möglichkeit verschiedene Systeme entlang des Fabriklebenszyklus einzusetzen, unterstützt in der Umsetzung einer flexiblen Multivendoren-Strategie.

Die optimale Basis für den Lifecycle Digital Twin

Heute gibt es bereits etablierte Standards, um digitale Replikas sowie Digitale Zwillinge für die Planungs-, bzw. Betriebsphase einer Fabrik zu erstellen. Die Initiative Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI4.0, Copyright 2018 by Plattform Industrie 4.0 empfiehlt die Verwendung der Formate AutomationML (AML) für die Fabrikplanung und OPC Unified Architecture (OPC UA) für den Fabrikbetrieb. Die Kombination von AML und OPC UA ermöglicht somit die Abdeckung des gesamten Lebenszyklus einer Fabrik.

Allerdings gibt es keine native Schnittstelle, um diese Standards zu kombinieren. Stattdessen wird ein Konverter benötigt, um die Planungs- und Betriebsdaten einer Fabrik zu integrieren.

Aus diesem Grund hat Capgemini einen eigenen Konverter entwickelt, der das automatische Generieren eines OPC-UA-Informationsmodells ermöglicht. Der hieraus resultierende Digital Twin beinhaltet sämtliche Daten der Fabrikplanung. Die Fabrikstruktur wird hierbei fehlerfrei sowie unter Beachtung der definierten Semantik in den Fabrikbetrieb überführt.

Das Tool wird bereits für die Realisierung von ganzheitlichen Digital-Twin-Projekten von Fabriken eingesetzt. Der Capgemini-Konverter überträgt dabei Informationen aus der Planungsphase direkt in den Digitalen Zwilling und ermöglicht so den Zugriff auf diese Planungsdaten sowie die Orchestrierung des Prozesses über OPC UA.

Nahtlos integrierte Digital-Twins, die sowohl die Planungs- als auch Betriebsphase abdecken, können schon heute die Effizienz künftiger Fabriken steigern. Außerdem werden Lifecycle-Digital-Twins eine neue Stufe der Flexibilität und Anpassungsfähigkeit unserer Fabriken ermöglichen.

Zukünftig können Lifecycle-Digital-Twins, die auf offenen Informationsstandards basieren, die Vision eines Closed-Loop zwischen Planung und Betrieb Wirklichkeit werden lassen. Der Capgemini Konverter ist hierbei der erste Schritt, um diese Vision in die Realität umzusetzen.

Wenn Sie weitere Fragen zum Thema haben, kontaktieren Sie gerne unsere Experten: Ralph Schneider Maul, Michael Müller, Simon Pilhar und Jonas Markfort.