Daten aus alten Anlagen nutzbar machen – den digitalen Zwilling nachrüsten

Oktober 6, 2020 | in Industrie 4.0 | von pragmatic industries

Zwei Begriffe, die immer häufiger im Zusammenhang mit der Digitalisierung fallen und den Mittelstand künftig vorantreiben sollen, sind der Digitale Zwilling und Retrofitting. Was es mit diesen Trends auf sich hat und wie Unternehmen sie für die Optimierung ihrer Systeme und Prozesse nutzen können, haben wir für Sie im folgenden Artikel zusammengefasst.

Was ist ein digitaler Zwilling?

Die Gesellschaft für Informatik definiert den Digitalen Zwilling folgendermaßen: 

Digitale Zwillinge sind digitale Repräsentanzen von Dingen aus der realen Welt. Sie beschreiben sowohl physische Objekte als auch nicht-physische Dinge, wie zum Beispiel Dienste, indem sie alle relevanten Informationen und Dienste mittels einer einheitlichen Schnittstelle zur Verfügung stellen. Für den digitalen Zwilling ist es dabei unerheblich, ob das Gegenstück in der realen Welt schon existiert oder erst existieren wird. […] 

Die zentrale Motivation für die Realisierung von digitalen Zwillingen ist es, einen übergreifenden Informationsaustausch zu ermöglichen. […]

Ein zentraler Aspekt von digitalen Zwillingen ist daher die Fähigkeit, verschiedene Informationen in einem einheitlichen Format zu repräsentieren. Digitale Zwillinge sind jedoch mehr als reine Daten. Sie beinhalten Algorithmen, die ihr Gegenstück aus der realen Welt akkurat beschreiben. […]

Der Begriff bezeichnet also das digitale Äquivalent einer – physisch vorhandenen oder abstrakten – realweltlichen Begebenheit. Speziell in der Industrie werden hierdurch Gegenstände oder Prozesse in komplexen Modellen abgebildet und vernetzt. An dieser Definition ist schon erkennbar, dass der Digitale Zwilling offensichtlich viel mit Daten zu tun hat und wie der Name schon vermuten lässt ein digitales Objekt ist. Amazon verwendet den Begriff Digitaler Schatten, der vielleicht noch etwas treffender ist.

Es gibt viele unterschiedliche Ansichten darüber, was ein digitaler Zwilling genau ist bzw. was er nicht ist. Dies liegt an der großen Bandbreite an Themen, die in einem digitalen Zwilling repräsentiert werden können. Angefangen von einer einfachen digitalen Beschreibung über eine zentrale Datenverwaltung bis hin zu einem Simulationsbaustein, der sich wie die reale Maschine verhält. 

Sicher haben alle diese Einsatzzwecke ihren Charme und auch ihre Berechtigung, aber es lohnt sich genauer hinzuschauen. Um einschätzen zu können welche Möglichkeiten für einen mittelständischen Maschinenbauer Sinn machen. Denn, obwohl der Digitale Zwilling ein Begriff aus der IT ist, benötigt es oftmals nicht unerhebliche Prozessveränderungen im Unternehmen, um diesen Digitalen Zwilling mit erträglichem Aufwand anbieten zu können. Da der Digitale Zwilling möglichst viele Informationen über die Maschine enthalten soll müssen diese auch entsprechend digital verfügbar gemacht werden.  

Die revolutionäre Wirkung des Digitalen Zwillings

Die Anforderungen an Unternehmen und ihre Produkte und Lösungen entwickeln sich stetig, so werden reine Produktlösungen mittlerweile als nicht ausreichend betrachtet. In den Mittelpunkt rücken integrierte Servicelösungen. Der Kunde erwartet ein ganzheitliches Paket. Sie kaufen somit keine einmalige Maschine, sondern eine Leistung, die sich über den vollständigen Lebenszyklus erstreckt und von zusätzlichen Service-Angeboten begleitet wird.

Die revolutionäre Wirkung des digitalen Zwillings setzt hier an und bietet die Grundlage für diese Art von Gesamtpaketen. Durch die Vernetzung digitaler und analoger Strukturen lassen sich Produkt- und Servicekonzepte effizient miteinander verbinden und maximaler Nutzen für Käufer wie Anbieter generieren.

Retrofitting – Aufrüsten statt Kaufen

Obwohl die Vorteile einer digitalen Modernisierung auf der Hand liegen, stehen Unternehmen aus dem Mittelstand häufig vor der Frage, ob sich die Investition auszahlt. Oft ist es die notwendige Anschaffung neuer Technik und Anlagen, die besonders abschreckend wirkt. Dies verhindert die Einführung neuer, verbesserter Prozesse.

Die Digitalisierung hat viele Vorteile. Diese reichen von simplem automatisierten Produktionstracking bis hin zu Themen wie vorausschauende Wartung (predictive maintenance) und Machine Learning. Allerdings stellt sich hierbei die Frage zur Einführung dieser. Für Unternehmen, die hohe Investitionen in Maschinen und Anlagen gesteckt haben, ist es oft wenig sinnvoll diese vollständig für neue Technologie auszutauschen. Da diese oftmals lange Jahre zur Amortisation brauchen würde und die derzeitigen Anlagen anderweitig noch einwandfrei ihren Zweck erfüllen. Das geht für gewöhnlich gegen den wirtschaftlichen Instinkt eines Unternehmers. Auch die Frage, ob sich die Potenziale der Digitalisierung überhaupt in vollem Umfang ausschöpfen lassen oder die finanziellen Mittel für die Investition zur Verfügung stehen, lassen an Maßnahmen zur Modernisierung zweifeln.

Glücklicherweise gibt es auch hier Mittel und Wege, an Anlagendaten zu kommen ohne, dass die bestehenden Anlagen verändert werden müssen. Die Antwort auf diese und weitere Bedenken liegt in der Anwendung von Retrofitting (lat. retro = rückwärts, engl. to fit = anpassen). Darunter versteht man das Nachrüsten bestehender Maschinen und Anlagen mit Sensorik und Konnektivität. Veraltete, aber noch funktionstüchtige Produktionsmittel können so auf den technisch neuesten Stand gebracht werden. Eine Neuanschaffung ist somit nicht nötig. Damit sich die Daten älterer Maschinen auslesen und verarbeiten lassen, müssen diese nachträglich mit entsprechender Technik ausgestattet werden. In der Regel bedeutet das eine Installation von Sensortechnik und weiterer IoT-Peripherie. Ist diese Nachrüstung erfolgt, fehlt nur noch die Anbindung der modernisierten Anlagen an ein bestehendes oder neues IT-Netzwerk, um ihren digitalen Zwilling aus der Taufe zu heben.

Auch ältere Maschinensteuerungen können so, etwa mit Hilfe des Open Source Projects PLC4X ausgelesen werden. Mit Hilfe eines Technikers können so Schnittstellen identifiziert und angepasst werden, die einfach Zugang zu bestehenden Informationen gewährleisten. Etwas neuere Steuerungen aus den letzten 10 Jahren unterstützen häufig auch das OPC UA Protokoll, mit dem ebenfalls ohne Probleme Daten ausgelesen werden können. Hierzu wird ein IPC/Edge PC an die Steuerung bzw. das Netzwerk im Schrank angeschlossen, auf dem dann die weitere Verarbeitung stattfindet.

Auf diesem Wege kann simpel identifiziert werden, ob die Maschine arbeitet oder stillsteht, Produktionszahlen erfasst und automatisiert in ERP Systeme integriert werden oder für welche Vorgänge die Maschine besonders viel Zeit benötigt.

Mittels dieser und verwandter Lösungen ist es dann auch problemlos möglich Cloud Lösungen auch für ältere Anlagen zu integrieren. Beispielsweise können automatisierte Dashboards für die Geschäftsleitung oder andere interessierte Parteien im Unternehmen generiert werden, die zu jedem Zeitpunkt einen Überblick über derzeitige Produktionszahlen und Ausfälle gewährt. Alternativ kann die gesamte Verarbeitung auch lokal auf einem Edge PC durchgeführt werden.

Digitaler Zwilling und Retrofitting – eine starke Kombination

Zusammengefasst stehen der Verwendung von Digitalisierungslösungen auch bei älteren Anlagen nur geringe technische und finanzielle Hürden entgegen und können simpel überwunden werden.

Freilich ist eine solche digitale Nachrüstung kein Allheilmittel. Die Wirtschaftlichkeit hängt je nach Unternehmen und Ist-Situation von diversen Faktoren ab. Bevor mit der Ausführung von Retrofits begonnen wird, sollten also verschiedene Umstände geklärt werden. Dazu gehören der Abschreibungszustand und die verbleibende Nutzungsdauer der bestehenden Anlagen, der allgemeine Grad der Digitalisierung im Unternehmen. Nicht zuletzt die Frage, ob eine Neuanschaffung nicht unterm Strich vielleicht doch geringere Kosten verursacht.

Festzuhalten bleibt: Die digitale Vernetzung von Produkten und Prozessen ist kein kurzlebiger Trend, sondern steht erst am Anfang. Der digitale Zwilling und Retrofitting sind spannende Werkzeuge, um die Digitalisierung von Unternehmen kostengünstig voranzutreiben.

Pragmatic industries ist als stark datenorientiertes Unternehmen natürlich vor allem an der Spiegelung der Maschinendaten interessiert. Das ist unserer Einschätzung nach auch ein guter Kompromiss für den Start in die Thematik. Da hier wenig Aufwand seitens des Maschinenbauers nötig ist und keine tiefgreifenden Prozessänderungen nötig werden.

Welche Erfahrungen haben Sie bereits mit Retrofitting oder dem digitalen Zwilling gemacht? Haben Sie Tipps oder Fragen? Wir sind gespannt auf Ihre Meinung und freuen uns über einen regen Austausch zu diesen Themen!