Ein einheitliches Ziel aller ökonomisch agierenden Unternehmen, die Produktivitätssteigerung, hat einen neuen Inkubator entdeckt, die Industrie 4.0. Das Internet der Dinge verspricht, dass bis Ende 2020 rund 37 Milliarden Dinge in Form von Komponenten, Produkten und Systemen mit dem Internet verbunden sein werden.
Auf Industrie 4.0 aufbauend werden disruptive Geschäftsmodelle wie Predictive Maintenance oder die Erschaffung sogenannter ‚digitaler Zwillinge‘ entwickelt. In angelsächsischer Literatur gerne auch als Digital Twins bezeichnet. Allein im Anlagen- und Maschinenbau wird bis 2025 eine kumulierte Produktivitätssteigerung von 30 % erwartet, die Erwartungen an die Industrie 4.0 sind entsprechend hoch.
Diese Hausarbeit grenzt sich dabei klar zu den anderen disruptiven Geschäftsmodellen von Industrie 4.0 ab und befasst sich vorwiegend mit der Technologie der digitalen Zwillinge. Besonders im Maschinen- und Anlagenbau mit hoher Komplexität und Fertigungstiefe soll der digitale Zwilling bis Ende 2020 in 90 % der Unternehmen eingesetzt werden.
Digitale Zwillinge können prinzipiell im gesamten Produktlebenszyklus eingesetzt werden. Oft wird jedoch ausschließlich von der Digitalisierung von Fabrik- und IT- Systemen als vertikaler Integration gesprochen. Für die gewünschten Produktivitätssteigerungen ist jedoch besonders der horizontale Produktlebenszyklus bedeutend. Das Augenmerk dieser Hausarbeit soll darum auf digitale Zwillinge im horizontalen Produktlebenszyklus von Anlagen und Produkten gelegt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Industrie 4.0 und der digitale Zwilling
2.1 Industrie 4.0 als Inkubator
2.2 Die digitalen Zwillinge
2.2.1 Herkunft & Definition
2.2.2 Stand der Wissenschaft und Technik
3 Das Produktlebenszyklusmanagement
3.1 Produktlebenszyklen ohne digitale Zwillinge
3.2 Produktlebenszyklen mit Integration digitaler Zwillinge
4 Fragenkatalog zum Einsatz von digitalen Zwillingen
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Potenziale und Voraussetzungen für den Einsatz digitaler Zwillinge (DZ) im horizontalen Produktlebenszyklus von Anlagen und Produkten, um Produktivitätssteigerungen in einem industriellen Kontext zu ermöglichen.
- Grundlagen der Industrie 4.0 und des digitalen Zwillings
- Analyse traditioneller vs. digital integrierter Produktlebenszyklen
- Bedeutung der horizontalen Integration digitaler Zwillinge
- Entwicklung eines Kriterienkatalogs zur Entscheidungsfindung
- Herausforderungen bei der wirtschaftlichen Implementierung
Auszug aus dem Buch
3.2 Produktlebenszyklen mit Integration digitaler Zwillinge
Die folgende Betrachtung behandelt die horizontale Integration des DZ in den Produktlebenszyklus. Zur Klärung: Bei der vertikalen Integration geht es um die Digitalisierung der Produktionsmittel des Produktherstellungsprozesses. Prominentes Beispiel wäre die Smart Factory. Bei der horizontalen Integration geht es dagegen um das Produkt selbst. Wie typische Lebenszyklen aufgebaut sind, wurde bereits erläutert. Der nächste Schritt ist es, ein Modell zu zeigen, das den DZ an das PLM bindet.
Die Abbildung zeigt einen Produktlebenszyklus mit angeschlossenem DZ. Wie erläutert, besitzen moderne Anlage enorme Mengen an Daten sowie verschiedene Dateninformationssysteme. Zurzeit sind viele Hilfsmittel in der Produktentwicklung auf proprietäre Informationsmodelle ausgelegt. Das bedeutet, dass viele Hersteller Tools anbieten, die lediglich für sich genommen funktionieren, aber keine Schnittstelle für den gesamten Produktlebenszyklus bereitstellen. Der DZ führt die Daten in einem Modell zusammen. Nachfolgend ist ein möglicher Produktlebenszyklus mit DZ skizziert.
In der Designphase werden erste Konzepte des Produkts oder der Anlage erdacht. Dabei müssen, unabhängig vom Ausgangsprodukt, die Ingenieure verschiedene Daten und Modelle sammeln. Dies erfolgt unter Zuhilfenahme des Lastenhefts und der Erfahrung vorhergehender Systeme. Bei dieser ersten Designphase entsteht eine laufende Vision des gewünschten Systems. Während aller folgenden Phasen wird diese erste Vision angepasst. Bei Änderungen der Anforderungen oder generellen Anpassungen sind diese zu validieren, wofür sich virtuelle Prototypen eignen. Der DZ ist in der Lage, einen virtuellen Prototypen zu enthalten. In der Designphase gleicht der DZ einer Visualisierung des Planungsstandes. Die Mehrheit der Fehler kann so vermieden werden, dabei kann ein implementierter Automatikcheck helfen. Ein Automatikcheck ist selbst für die komplexesten Systeme möglich.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung führt in das Thema Industrie 4.0 ein, definiert das Forschungsziel der Produktivitätssteigerung und leitet die Forschungsfragen zur Integration digitaler Zwillinge ab.
2 Industrie 4.0 und der digitale Zwilling: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen von Industrie 4.0 als Inkubator sowie die Herkunft, Definition und den wissenschaftlichen Stand des digitalen Zwillings.
3 Das Produktlebenszyklusmanagement: Es wird das Konzept des PLM analysiert und der Unterschied zwischen traditionellen Produktlebenszyklen und solchen mit Integration digitaler Zwillinge dargestellt.
4 Fragenkatalog zum Einsatz von digitalen Zwillingen: Basierend auf den vorherigen Kapiteln wird ein fünfstufiger Kriterienkatalog erarbeitet, der als Entscheidungshilfe für Unternehmen dient.
5 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und betont die Notwendigkeit einer klaren Stakeholder-Motivation und weiterer Forschung zur praktischen Einführung.
Schlüsselwörter
Industrie 4.0, Digitaler Zwilling, Digital Twin, Produktlebenszyklusmanagement, PLM, Internet der Dinge, IoT, Horizontale Integration, Smart Factory, Systemengineering, Simulation, Datenauswertung, Produktivitätssteigerung, Predictive Maintenance
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Hausarbeit im Kern?
Die Arbeit untersucht die Einsatzmöglichkeiten digitaler Zwillinge im horizontalen Produktlebenszyklus, um Produktivitätsvorteile in komplexen Anlagen- und Maschinenbausystemen zu identifizieren.
Welche zentralen Themenfelder deckt die Arbeit ab?
Die Schwerpunkte liegen auf Industrie 4.0, der theoretischen Einordnung des digitalen Zwillings sowie der praktischen Anwendung und Integration innerhalb des Produktlebenszyklusmanagements.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Forschungsfrage zu beantworten, wie ein integrierter Produktlebenszyklus mit digitalen Zwillingen aussieht und welche Voraussetzungen für dessen Einsatz gegeben sein müssen.
Welche wissenschaftliche Methode wird in der Arbeit verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer umfassenden Literaturanalyse und dem Studium zeitgenössischer Fachpublikationen sowie explorativer Fallstudien zu bestehenden Definitionen und Anwendungsmodellen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert den Vergleich von Produktlebenszyklen mit und ohne digitale Zwillinge und entwickelt einen Leitfragenkatalog zur Bewertung von Implementierungsvorhaben.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Forschungsarbeit?
Zentrale Begriffe sind Digitaler Zwilling, Industrie 4.0, PLM, Horizontale Integration, Datenmanagement und Systemengineering.
Warum ist die Unterscheidung zwischen vertikaler und horizontaler Integration wichtig?
Die Arbeit stellt klar, dass vertikale Integration eher die Fabrikprozesse betrifft, während die horizontale Integration den gesamten Lebenszyklus des Produkts selbst fokussiert, was für digitale Zwillinge entscheidend ist.
Welche Bedeutung hat das "NASA-Beispiel" für die Argumentation?
Das Beispiel verdeutlicht den historischen Ursprung des Konzepts, bei dem Modelle physischer Objekte im Weltraum auf der Erde gespiegelt wurden, um deren Verhalten zu koordinieren.
Warum ist der finanzielle Nutzen eines digitalen Zwillings schwer zu beziffern?
Die Arbeit führt aus, dass der Mehrwert meist indirekt durch Prozessoptimierung und verbessertes Systemverständnis entsteht, was eine direkte Quantifizierung für Unternehmen erschwert.
Welche Rolle spielt der Automatikcheck in der Designphase?
Der Automatikcheck ermöglicht es, in frühen Stadien der Produktentwicklung Fehler zu vermeiden und die Konsistenz des virtuellen Prototypen mit dem Planungsstand sicherzustellen.
- Quote paper
- Johannes von Dossow (Author), 2020, Einsatzempfehlungen digitaler Zwillinge im horizontalen Produktlebenszyklus, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/918205
