Der digitale Zwilling braucht einen echten Prozess

Ein digitales Abbild entsteht selten dort, wo es gebraucht wird. Meist beginnt es als Vorführung: ein Modell einer Anlage, gebaut für einen Termin, gepflegt bis zum Ende des Projekts. Nützlich wird ein Zwilling erst durch eine Entscheidung, die mit ihm anders ausfällt als ohne: eine Wartung, die verschoben wird, ein Auftrag, der anders eingeplant wird, eine Rückfrage beim Kunden, die sich mit einer Zahl beantworten lässt. Fehlt diese Entscheidung, bleibt ein Datenbestand, den niemand abfragt.

Was wird eigentlich gespiegelt?

Ein digitaler Zwilling hat drei Ebenen: das Objekt, das Datenmodell und die Nutzung. Das Objekt ist die Maschine, die Anlage oder das Bauteil, in manchen Fällen auch ein ganzer Ablauf. Das Datenmodell beschreibt dieses Objekt in Feldern: Abmessungen, Material, Zustand, Historie, Version. Die Nutzung ist die Entscheidung, die auf das Modell zugreift.

Drei Begriffe werden dabei häufig durcheinandergeworfen. Eine Simulation rechnet Varianten durch, bevor etwas gebaut wird. Ein Zustandsmodell spiegelt den aktuellen Zustand aus Messwerten. Eine digitale Dokumentation hält fest, was tatsächlich passiert ist. Alle drei können Teile eines Zwillings sein, sie beantworten aber verschiedene Fragen.

Beckhoff beschreibt auf seiner Seite zu Industrie 4.0 und Automatisierungstechnik (öffnet in einem neuen Tab) den Aufbau solcher Systeme aus Sicht eines Anbieters von Steuerungstechnik. Die Seite ist zur Begriffsklärung brauchbar, weil sie zeigt, welche Bausteine zusammenspielen sollen. Sie ist die Perspektive eines Unternehmens, das diese Bausteine verkauft, und damit kein unabhängiger Beleg dafür, dass ein Zwilling in einem bestimmten Betrieb etwas verbessert.

Die folgende Darstellung trennt die drei Ebenen und ordnet ihnen die Frage zu, die jeweils dazugehört.

Zwischen den Ebenen liegt die eigentliche Arbeit. Ein Modell ohne Nutzung bleibt eine Datei. Eine Nutzung ohne Modell bleibt eine Schätzung. Und ein Objekt, dessen Änderungen niemand einträgt, entfernt sich von seinem Abbild, bis beide nichts mehr miteinander zu tun haben.

Die drei Ebenen sind unterschiedlich aufwendig. Das Objekt ist vorhanden, das Datenmodell muss gebaut werden, und die Nutzung ist die Ebene, an der sich entscheidet, ob die anderen beiden ihren Aufwand tragen. In kleinen Betrieben beginnt ein Zwilling fast immer beim Datenmodell eines einzelnen Bauteils oder einer einzelnen Anlage. Ein Modell der ganzen Halle setzt Bezeichner, Schnittstellen und Zuständigkeiten voraus, die zuerst geklärt werden müssen.

Welche Daten fehlen im Modell?

Ein Modell ist nur so gut wie die Felder, die jemand ausfüllt. In der Fertigung fehlen regelmäßig dieselben Angaben: die Materialcharge, die Standzeit des Werkzeugs, die Nacharbeit nach einer Korrektur, die Ausnahme, die in keiner Vorschrift steht. Diese Lücken entstehen nicht aus Nachlässigkeit. Sie entstehen, weil die Angabe an der Maschine niemandem hilft und deshalb nicht erfasst wird.

Hinzu kommt die Frage, woher die Zustandsdaten kommen. Ein Zwilling, der den Zustand einer Anlage abbilden soll, braucht einen Messpunkt. Ohne laufende Messung bleibt er eine Zeichnung mit Datum. Wie ein Betrieb einen solchen Messpunkt an einer Bestandsmaschine auswählt, ist eine eigene Entscheidung, und sie fällt vor der Wahl der Software.

Der zweite Engpass ist der Weg der Daten. Ein Modell, das aus einer Steuerung gespeist wird, braucht ein Gateway, ein Netz und jemanden, der beides pflegt. Was dabei schiefgeht und warum der Datenweg an der Bestandsmaschine beginnt, beschreibt der Beitrag zur vernetzten Fertigung.

Der dritte Engpass sind Versionen. Nach einem Umbau, einer Reparatur oder einem neuen Werkzeug stimmt das Modell nur so lange, wie jemand die Änderung einträgt. Wer diese Pflicht nicht an eine Rolle bindet, hat nach einem Jahr zwei Wahrheiten: eine in der Halle und eine im System.

Dazu kommt eine unspektakuläre Lücke: die Bezeichner. Zwei Systeme nennen dasselbe Bauteil selten gleich. Die Konstruktion führt eine Nummer, die Fertigung eine andere, das Ersatzteil im Lager eine dritte. Ohne gemeinsamen Bezeichner findet ein Modell später nichts wieder, und jede Auswertung endet in einer Liste, die jemand von Hand zusammenführt. Diese Frage gehört vor die Softwareauswahl, weil sie sich nachträglich nur mit viel Handarbeit lösen lässt.

Wann lohnt sich der Aufwand?

Der Aufwand lohnt sich, wenn vier Bedingungen zusammenkommen. Es gibt eine wiederkehrende Entscheidung und nicht bloß ein einmaliges Projekt. Es gibt eine Größe, die sich vorher und nachher messen lässt. Es gibt eine Person, die das Modell pflegt, mit Zeit im Wochenplan und nicht allein mit einer Zuständigkeit im Organigramm. Und es gibt eine Antwort auf die Frage, wie lange das Objekt und sein Abbild zusammen leben sollen.

Das folgende Beispiel ist fiktiv. Ein Betrieb fertigt eine Kleinserie von Halterungen und will wissen, welche Bauteile regelmäßig nachgearbeitet werden. Dafür braucht er keine vollständige Anlage im Rechner. Er braucht eine Zuordnung von Auftrag, Materialcharge, Maschine und Prüfergebnis, und er braucht jemanden, der diese Zuordnung bei jeder Abweichung ergänzt. Ein Modell der gesamten Halle wäre für diese Frage zu groß und würde die eigentliche Auskunft nicht verbessern.

Wo das Modell gerechnet wird, ist eine eigene Entscheidung mit Folgen für Rechte und Betrieb. Manche Betriebe halten Zustandsdaten lieber im eigenen Netz, andere lassen sie bei einem Dienst auswerten. Beides ist vertretbar, solange geklärt ist, wer die Anlage wartet und was mit den Daten nach dem Vertragsende passiert. Der Vergleich der Betriebsmodelle steht im Beitrag über die Frage, ob ein Modell im Haus oder bei einem Dienst laufen soll. Was dabei technisch am Rand des Netzes passiert, erklärt der Beitrag über die Verarbeitung direkt an der Maschine.

Sobald im Modell Personen auftauchen, etwa als Bedienperson zu einer Schicht, ändert sich die Zuständigkeit: Aus Anlagendaten werden Beschäftigtendaten mit eigenen Regeln. Wie diese Grenze verläuft, beschreibt der Beitrag darüber, wann aus Anlagendaten Beschäftigtendaten werden.

Ein Hinweis gehört zur Anbieterseite: Für einen Maschinenbauer hat ein Zwilling einen anderen Zweck als für den Betreiber. Der Hersteller will Fehlerbilder über viele Anlagen hinweg verstehen und den Service planbar machen. Der Betreiber will wissen, was morgen in seiner Halle passiert. Beide Ziele sind berechtigt, sie brauchen aber unterschiedliche Daten und gehören in getrennte Abfragen. Wer die Serviceauswertung des Herstellers mit der eigenen Planung verwechselt, bekommt Zahlen, die für keinen der beiden Zwecke reichen.

Der Nutzen eines Zwillings lässt sich deshalb nicht allgemein angeben. Er hängt an der einen Entscheidung, für die er gebaut wird, und an der Zeit, die seine Pflege jede Woche kostet. Beides muss vor dem ersten Modell benannt werden, sonst wird aus dem Zwilling eine weitere Ablage. Die offene Grenze bleibt die Lebensdauer: Ein Modell überlebt in der Regel die Person, die es aufgebaut hat, und es überlebt keinen Umbau, den niemand einträgt.