Die Virtualisierung auf Maschinenebene ist seit langem ein Eckpfeiler für effiziente Ressourcennutzung und betriebliche Flexibilität in der sich schnell entwickelnden technologischen Landschaft von heute. Diese Technologie hat die Fertigung revolutioniert, indem sie es ermöglicht, dass mehrere Betriebssysteme auf einer einzigen physischen Maschine laufen.
Allerdings wird mit zunehmender Vernetzung und Komplexität der Systeme die Echtzeit-Performance entscheidend, und die Grenzen der Virtualisierung auf Maschinenebenen werden zunehmend deutlich. Probleme wie Ineffizienzen bei Ressourcenzuweisung und Leistungsaufwand behindern oft deren Effektivität. Wie kann sich also die Virtualisierung auf Maschinenebene weiterentwickeln, um den Anforderungen der heutigen hochpräzisen Fertigungsprozesse gerecht zu werden?
Die Evolution der Virtualisierung
Die Entwicklung des Konzepts digitaler Zwillinge in der Fertigung begann in den frühen 2000er Jahren. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines physischen Objekts oder Systems, das sein reales Gegenstück durch Echtzeit-Daten und Simulationen genau abbildet. Sie basierten auf CAD-gestützten 3D-Modellen, die eine virtualisierte Ansicht des Designs boten und schnellere Iterationen ermöglichten als Papier und Bleistift. Ursprünglich erzeugten digitale Zwillinge virtuelle Modelle, um einfache Maschinenzyklen und Bewegungen zu simulieren.
Heutzutage erfordern Abläufe häufig noch schnellere Iterationen und mehr Zusammenarbeit über mehrere Standorte hinweg. Hersteller müssen digitale Technologien über die Ebene einer einzelnen Maschine hinaus in ganzen Produktionssystemen und Arbeitsabläufen anwenden, um die Integration von Echtzeitdaten und komplexere Simulationen zu ermöglichen. So werden fundierte Entscheidungen vorangetrieben, Arbeitsabläufe optimiert und wichtige Ressourcen gespart.
Der Bedarf an Virtualisierung auf Systemebene
Werden nur einzelne Maschinen virtualisiert, verlieren die Erstausrüster (OEM) das Gesamtbild ihrer Arbeitsabläufe aus den Augen, was zu Ineffizienzen wie Engpässen in den Produktionslinien, längeren Ausfallzeiten und höheren Wartungskosten führt. Die Virtualisierung auf Systemebene kann die Einschränkungen digitaler Zwillinge durch eine integrierte Sicht auf die gesamte Fertigungslinie überwinden. Der Ansatz stellt sicher, dass alle Komponenten, einschließlich Maschinen, Roboter und Softwaresysteme, effizient zusammenarbeiten. Dies kann komplexe digitale Umgebungen optimieren, die Zusammenarbeit zwischen Teams verbessern und die Vorhersagefähigkeiten erweitern, was die Gesamtleistung verbessert und die Betriebskosten senkt.
Aus digitalen Zwillingen werden Systemzwillinge
Systemzwillinge sind eine Weiterentwicklung der digitalen Zwillinge, die darauf ausgelegt sind, einen umfassenden, digitalen Überblick über gesamte Produktionssysteme zu bieten, anstatt über einzelne Komponenten. Im Gegensatz zu digitalen Zwillingen – virtuellen Replikaten einzelner physischer Anlagen – ahmen Systemzwillinge die Ausrüstung, Roboter, Software und andere Komponenten innerhalb einer Fertigungslinie nach. Dies umfasst ihre physischen Eigenschaften, Verhaltensweisen und Interaktionen innerhalb der Betriebsumgebung.
Die Schaffung virtueller Systeme, die verschiedene Komponenten einer Produktionslinie integrieren, ermöglicht einen nahtlosen Informationsfluss und eine koordinierte Zusammenarbeit aller Systemteile. Systemzwillinge verbessern die Effizienz erheblich, indem sie Engpässe erkennen. Ein gemeinsames, präzises virtuelles Modell des gesamten Systems ermöglicht es Teams, die gleichen Prozesse von überall aus zu sehen, was die Kommunikation und Zusammenarbeit verbessert. Darüber hinaus bieten Systemzwillinge erweiterte prädiktive Fähigkeiten für die Systemleistung und -wartung, sodass Bediener potenzielle Probleme proaktiv erkennen und lösen können, bevor sie die Produktion beeinträchtigen. Des Weiteren ermöglichen Systemzwillinge die Simulation und Optimierung von Systemänderungen. Auf diese Weise können alle Änderungen gründlich in einer virtuellen Umgebung getestet und optimiert werden, bevor sie umgesetzt werden, wodurch Risiken minimiert und die Produktivität der Linie maximiert werden.
Die nächste Stufe nach der Virtualisierung einzelner Maschinen
Systemzwillinge wurden erfolgreich in verschiedenen Branchen umgesetzt, darunter Fahrzeugherstellung, Kernenergie und Fertigung. Unternehmen haben durch die Nutzung von Systemzwillingen ihre Produktionslinien optimiert, was zu erheblichen Effizienz- und Kosteneinsparungen geführt hat.
In der Automobilindustrie verwenden Unternehmen Systemzwillinge, um die Montage komplexer Komponenten zu simulieren und zu verbessern, was zu einer besseren vorausschauenden Wartung und geringeren Ausfallzeiten führt. Durch die Integration von Systemzwillingen konnte ein Automobilhersteller den Gesamtenergieverbrauch seiner Produktionslinien um 30 % senken, was den erheblichen Einfluss auf die Betriebskosten deutlich macht.
Schließlich haben im Fertigungssektor Systemzwillinge den Unternehmen ermöglicht, Produktionslinien oder Systeme virtuell zu replizieren und zu verfeinern, wobei sichergestellt wird, dass alle Änderungen gründlich getestet werden, bevor sie in der Produktion umgesetzt werden. Dies hat zu messbaren Leistungssteigerungen geführt.
Mit zunehmender Komplexität von Fertigungssystemen benötigen OEMs digitale Lösungen, um wertvolle Zeit zu sparen, den Durchsatz zu erhöhen und Kosten zu senken. Systemzwillinge ermöglichen es Teams, ihre Systeme einen Schritt näher an eine digitale Fabrik zu bringen und die Marktnachfrage zu erfüllen.
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Jedes Projekt ist einzigartig. Wir möchten uns Ihre Herausforderungen anhören und Ihnen mitteilen, wie Sie Ihr Projekt durch Automatisierung rechtzeitig auf den Weg bringen können.
Roland Echter
Geschäftsführer – Digital
ATS Industrial Automation
Roland Echter hat Unternehmen in zahlreichen Branchen dabei unterstützt, die Produktion mit digitalen Lösungen zu automatisieren und zu optimieren. In Zusammenarbeit mit Kunden konfiguriert er Dienstleistungen und Systeme unter Verwendung von Strategien mit digitalen Werkzeugen, um die Produktion aufzubauen, zu skalieren und die betriebliche Effizienz zu steigern.
