Digitale Zwillinge: Eine treibende Kraft für die Transformation von Unternehmen

Wichtige Erkenntnisse:

• Die digitalen Zwillinge von heute sind über den gesamten Produktentwicklungszyklus hinweg miteinander verbunden.
• Digitale Zwillinge von aPriori verbessern die CO2-Bilanz, die Rentabilität und die Transparenz.

Der vollständige Artikel:

Wie können Hersteller die Produktentwicklung beschleunigen, die Zusammenarbeit und Entscheidungsfindung verbessern, Nachhaltigkeitsinitiativen umsetzen und profitabel bleiben? Die Antwort lautet laut einer wachsenden Zahl von Herstellern: mit digitalen Zwillingen. aPriori beleuchtet diese sich weiterentwickelnde Technologie aus verschiedenen Blickwinkeln – von der Definition des Kernkonzepts über praktische Anwendungen bis hin zu Beispielen für digitale Zwillinge in der Fertigung.

1. Die neue Definition des digitalen Zwillings
2. Vorteile mehrerer digitaler Zwillinge
3. Funktionen der digitalen Zwillinge von aPriori
4. Wie digitale Zwillinge von aPriori die Produktfertigung optimieren
5. Fallstudien: Digitale Zwillinge in der Praxis

Die neue Definition des digitalen Zwillings

Mit der Weiterentwicklung der digitalen Transformationsfähigkeiten der nächsten Generation erweitert sich die Definition eines digitalen Zwillings über die „einzelne virtuelle Darstellung eines physischen Produkts“ hinaus. Heute umfasst sie mehrere miteinander verbundene digitale Zwillinge, die sofort leistungsstarke Produktinformationen liefern können.

Mehrere digitale Zwillinge sind erforderlich, um ein einzelnes Produkt in verschiedenen Dimensionen zu optimieren – darunter Herstellbarkeit, Nachhaltigkeit und Kosten. Und Unternehmen müssen mehrere digitale Zwillinge verwenden, da die Produktentwicklung laut dem Journal of Manufacturing Systems vom Juli 2022 zu komplex für ein einziges Modell (digitaler Zwilling) ist.

Unternehmen setzen zunehmend modellbasiertes Design ein, um die Produktentwicklung zu beschleunigen und Risiken zu reduzieren, indem sie das Verhalten eines Produkts simulieren. Dazu sind mehrere digitale Zwillinge erforderlich (z. B. einer für die Finite-Elemente-Analyse [FEA], ein zweiter zur Optimierung des Fertigungsprozesses hinsichtlich Kosten und Leistung usw.).

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach nachhaltigeren Produkten benötigen Hersteller eine „nachhaltige digitale Zwilling“-Fähigkeit von „Cradle-to-Gate“ (Entwicklung eines Designkonzepts von der Idee oder der ‚Wiege‘ bis zur Produktion oder dem „Fabriktor“).

Erfahren Sie mehr darüber, wie digitale Fabriken die Herstellbarkeit, Kosten und Nachhaltigkeit verbessern.

Vorteile mehrerer digitaler Zwillinge

Zwischen Herstellbarkeit, Kosten und Nachhaltigkeit besteht eine symbiotische Beziehung. Daher ist es für Hersteller sinnvoll, mehrere miteinander verbundene digitale Zwillinge zu verwenden, um Produktinformationen für jedes Produktziel (z. B. Kosten/Rentabilität) zu gewinnen und diese ganzheitlich zu berücksichtigen.

Schätzungsweise 80 % der Umweltbelastung eines Produkts werden in der frühen Entwurfsphase festgelegt. Dies unterstreicht, wie wichtig es ist, frühzeitig Feedback zum potenziellen CO2-Fußabdruck eines Entwurfs zu erhalten. Änderungen am Design, an der Materialauswahl, am Herstellungsprozess und am Standort der Fabrik können sich auf die Nachhaltigkeit des Produkts sowie auf die Kosten und die Herstellbarkeit auswirken.

Bei der Bewertung der Kosten kann beispielsweise ein Lieferant in Indien günstiger sein als einer in den USA. Die geringeren Kosten könnten jedoch eine längere Lieferkette mit sich bringen, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Diese Beispiele verdeutlichen die Vernetzung des Produktentwicklungszyklus.

Produktentwicklungsteams führen „Was-wäre-wenn“-Szenarien und Analysen durch, um die Auswirkungen von Designänderungen auf wichtige Produktziele in Bezug auf Kosten, CO2-Ausstoß, Fertigungsprozess und Standort zu bewerten. So können sie schnell und präzise fundierte Entscheidungen treffen. Unternehmen nutzen Erkenntnisse aus mehreren digitalen Zwillingen, um umsetzbare Echtzeitdaten für eine bessere Entscheidungsfindung zu gewinnen.

aPriori Digital Twin Capabilities

Das komplexe Geschäftsumfeld von heute erfordert die Technologie digitaler Zwillinge. Sie bietet einen Rahmen, um Herausforderungen und neue Anforderungen zu bewältigen und neue Anwendungen zu integrieren. Vernetzte digitale Zwillinge ermöglichen robuste Funktionen während des gesamten Produktentwicklungszyklus, darunter:

• Simulation: Geschwindigkeit und Agilität sind in der heutigen Geschäftswelt unerlässlich. Eine schnelle Simulation ist entscheidend, um festzustellen, ob ein Produkt herstellbar und kosteneffizient ist. Sie ist auch unerlässlich, um die CO2-Bilanz zu verstehen und alternative, nachhaltige Materialien zu untersuchen. Die Simulation kann weitere Fragen zum Produktdesign beantworten, die für effektive Entscheidungen erforderlich sind. aPriori bietet Produktdesign-Simulationen für Kosten, Herstellbarkeit und CO2-Bilanz. Andere Simulationssoftware befasst sich mit Strukturanalysen (FEA), Fluiden und Elektromagnetik. In der Regel erstreckt sich die Simulation nicht auf den Fertigungsprozess oder den Standort der Fabrik (oder bestimmte Fähigkeiten). Um diese Marktlücke zu schließen, ermöglicht aPriori Unternehmen die Simulation einer Vielzahl von Fertigungsprozessen sowie spezifischer Fabriken und/oder Fertigungsstandorte. Durch die Ausweitung der Simulationsmöglichkeiten auf den gesamten Produktentwicklungszyklus erhalten Hersteller die nötige Transparenz, um die Herstellbarkeit sicherzustellen, zusätzliche Einsparungen zu erzielen, CO2-Emissionen zu reduzieren und Risiken in der Lieferkette proaktiv anzugehen.
• Integration (digitaler Faden): Der digitale Faden verbindet mehrere digitale Zwillinge miteinander und verknüpft Produktdaten mit einem zentralen Produktlebenszyklusmanagementsystem (PLM). Der digitale Faden ermöglicht eine „einzige Quelle der Wahrheit“ für Produktspezifikationen und Stücklistendaten (BOM). Die Digitalisierung verbindet PLM-Daten auch mit der Unternehmensressourcenplanung (ERP) und anderen Systemen. Außerdem kann sie Geschäftsprozesse über traditionell getrennte Bereiche (z. B. Produktdesign und Beschaffung) hinweg erweitern.
• Automatisierung: Verbessern Sie die Produktivität und Genauigkeit Ihrer Mitarbeiter durch die Automatisierung wichtiger Aufgaben. Mit aPriori erhalten Hersteller automatisierte Konstruktionshinweise für jede Produktänderung. Darüber hinaus stehen automatisierte Berichte zur Verfügung, die bestimmte Konstruktionsprobleme aufzeigen und deren Behebung ermöglichen. Teams können auch automatisierte Workflows konfigurieren und Warnmeldungen so einstellen, dass sie nur angezeigt werden, wenn einzelnen Personen Aufgaben zugewiesen sind. Management- und Produktteams können auf automatisierte Berichte zu wichtigen Leistungsindikatoren (KPIs) zugreifen, um den Fortschritt bei Kosten-, CO2- und Fertigungszielen zu verfolgen.
• Zusammenarbeit: Die Zentralisierung von Produktdaten über Abteilungsgrenzen hinweg hat nur einen begrenzten Nutzen, wenn die relevanten Teams isoliert voneinander arbeiten. Ein digitaler Faden stellt sicher, dass alle Teams im Produktentwicklungszyklus Daten analysieren und effizienter zusammenarbeiten können. Ein Coworking Space zur Zuweisung und Verwaltung von Aufgaben und zur Gewährleistung der Rückverfolgbarkeit sorgt für eine bessere Kommunikation und nahtlose Zusammenarbeit. Dies ist besonders wichtig, wenn Teams wachsen (z. B. Produktdesign, Kostenplanung, Beschaffung, Nachhaltigkeit und Fertigung).

Allerdings sind Funktionen nur so gut wie die Vorteile, die sie bieten. Jeder digitale Zwilling hat seine Vorzüge, aber zusammen bilden sie über den digitalen Faden ein Kraftpaket, das Unternehmen transformieren kann.

Wie digitale Zwillinge von aPriori die Produktfertigung optimieren

Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. Die digitalen Zwillinge von aPriori verbinden den gesamten Produktentwicklungszyklus und bieten so einen ganzheitlichen Überblick über die Herstellbarkeit, Kosten und Nachhaltigkeit von Produkten:

aPriori Digital Product Twins sind 3D-CAD-Modelle oder virtuelle Darstellungen physischer Produkte, die Komponenten und Baugruppen sowie die Gesamtgröße und -form des Produkts umfassen. Sie dienen als simulationsoptimiertes Design und als Grundlage für weitere Modifikationen. Sie bilden den Rahmen für die Analyse des aktuellen Produktdesigns, wobei mithilfe von Simulationen untersucht wird, wie sich Designänderungen auf Nachhaltigkeit, Kosten und Herstellbarkeit auswirken. Erfahren Sie, wie Carrier mit dem digitalen Produktzwilling von aPriori Millionen eingespart hat.

aPriori Digital Process Twins ermitteln den effektivsten Weg zur Herstellung eines Produkts, indem sie Fertigungsprozesse und -abläufe (z. B. Spritzguss und additive Fertigung) simulieren. Unsere physikalisch basierten Fertigungsprozessmodelle ermöglichen es Fachleuten aus den Bereichen Engineering, Fertigung und Einkauf, Produktionsalternativen bis hinunter auf die Maschinenebene zu untersuchen. Unternehmen simulieren Fertigungsprozesse mithilfe des digitalen Zwillings, um den für Kosten, Nachhaltigkeit und Herstellbarkeit am besten geeigneten Produktionsprozess zu ermitteln.  Erfahren Sie, wie AGCO mit dem digitalen Prozesszwilling von aPriori mit nur wenigen Klicks Einblicke in die Herstellbarkeit und Kosten gewonnen hat.

aPriori Digital Factory Twins stellen physische Fabriken dar. Dieses virtuelle Modell umfasst präzise fabrikspezifische Produktionskapazitäten sowie detaillierte Kosten – einschließlich Arbeits-, Strom-, Material- und Gemeinkosten in 87 Regionen weltweit. Hersteller nutzen digitale Fabrikzwillinge, um die CO₂e-Bilanz ihrer Lieferkette entlang der gesamten Wertschöpfungskette (Scope 3) zu bewerten, indem sie eine virtuelle Darstellung der Fabriken ihrer Lieferanten und ihrer eigenen Fertigungsstandorte erstellen. Erhalten Sie einen Einblick, wie AGCO eine interne digitale Fabrik aufgebaut hat, die Prozesse und Arbeitsabläufe, Konfigurationen und die Produktion abdeckt.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die optimalen Ergebnisse durch die Nutzung aller drei Zwillinge erzielt werden. Jeder erfüllt eine wesentliche Funktion und verbessert gemeinsam die Herstellbarkeit, die Kosten und die Nachhaltigkeit über den gesamten Produktentwicklungszyklus hinweg.

Fallstudien: Digitale Zwillinge in der Praxis

Digitale Zwillinge bewältigen nicht nur aktuelle Störungen und Probleme, sondern schaffen auch einen höheren Mehrwert, eine größere Rentabilität, nachhaltige Praktiken, eine schnellere Markteinführung und mehr Flexibilität, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Und so funktioniert es:

• Inflations- und Margendruck mindern: Optimieren Sie Kostenanalyseprozesse durch simulationsgesteuerte Kostenschätzungen, Kostentransparenz und Echtzeitberichte. Erfahren Sie von Soucy, wie aPriori dem Unternehmen dabei geholfen hat, Excel-Tabellen abzuschaffen, schnelle Kostenanalysen durchzuführen, die Zusammenarbeit mit Ingenieuren zu verbessern und bessere Verhandlungen mit Lieferanten zu führen.
• Beheben Sie Personalengpässe und Qualifikationslücken: Brechen Sie Silos auf, arbeiten Sie effizienter und kostengünstiger zusammen und erreichen Sie mehr mit weniger Ressourcen. Erfahren Sie, wie Woodward die digitale Fabrik genutzt hat, um seine Lieferkette zu verbessern und Personalprobleme zu lösen.
• Optimieren Sie die Lieferkette und die Angebotserstellung: Verkürzen Sie die Angebotszeiten. Stellen Sie sicher, dass OEMs und Lieferanten über genaue Produktkosteninformationen verfügen. Erfahren Sie, wie eine digitale Fabrik zu besseren Lieferantenbeziehungen beitragen kann.
• Vermeiden Sie Neukonstruktionen in späten Phasen: Beschleunigen Sie die Entwicklung neuer Produkte und das Value Engineering. Erfahren Sie, wie Eaton mit aPriori die Produktentwicklungszeiten von Monaten auf Stunden verkürzt hat.
• Reduzieren Sie Materialverschwendung, hohen Energieverbrauch und CO2-Emissionen: Erfahren Sie, wie ein digitaler Prozesszwilling wie aPriori das Rätselraten bei der CO2-Bilanz beendet. Erfahren Sie mehr darüber, wie aPriori die Bemühungen von Grundfos um eine nachhaltige Beschaffung unterstützt hat.

Digitale Zwillinge erzielen außergewöhnliche Renditen

Durch die Verbindung der drei Zwillinge können Hersteller simulieren, wie sich reale Produktionsprozesse und globale Fabrikbedingungen auf die Kosten, den CO₂e-Ausstoß und die Herstellbarkeit eines Produkts auswirken. Die richtige Fertigungssimulationssoftware maximiert die DFM-Strategien von Herstellern und ermöglicht es ihnen, organisatorische Silos aufzubrechen und Zeit zu sparen.

McKinsey hat bestätigt, dass erfolgreiche digitale Transformationen außergewöhnliche Renditen erzielen. In vielen Fertigungsbranchen sind Durchsatzsteigerungen von 10 bis 30 %, Verbesserungen der Arbeitsproduktivität von 15 bis 30 % und eine um 85 % genauere Prognose üblich.