Wettbewerbsvorteile durch Digitalisierung  Der Digitale Zwilling als Basis für nachhaltiges Wachstum

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Steigende Komplexität, Kostendruck und verkürzte Markteinführungszeiten bringen klassische Entwicklungsansätze an ihre Grenzen. In diesem Fachbeitrag erläutert Dale Tutt, warum der umfassende Digitale Zwilling heute der Schlüssel ist, um Innovation, Geschwindigkeit und Effizienz erfolgreich zu verbinden.

Bei der Entwicklung neuer Produkte, Systeme und Dienstleistungen gilt es heute, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Komplexität, Kosten und Geschwindigkeit zu finden. Dieses Gleichgewicht wird jedoch zunehmend schwieriger. Die wachsende Nachfrage nach anpassbaren, intelligenten und flexiblen Produkten sowie Software und Services treibt die Komplexität weiter in die Höhe. Gleichzeitig reduzieren Unternehmen ihre Entwicklungsbudgets und verkürzen Zeitpläne, um dem steigenden Kostendruck seitens der Kunden zu begegnen. Zusätzlich wächst der Anspruch, neue Produkte, Dienstleistungen und Funktionen schneller denn je zur Marktreife zu bringen.

Der umfassende Digitale Zwilling als Kernstück der Digitalisierungsstrategie

Viele Unternehmen stehen vor der Herausforderung, Innovation, Geschwindigkeit und Effizienz gleichzeitig zu steigern. Angesichts wachsender Komplexität, knapper Budgets und beschleunigter Innovationszyklen empfiehlt sich eine konsequente digitale Transformationsstrategie, deren zentrales Element der Aufbau eines umfassenden Digitalen Zwillings ist. Investitionen in Digitalisierung und Digitale Zwillinge zielen darauf ab, zukünftige Innovationen zu ermöglichen und eine belastbare Grundlage zu schaffen, auf der Unternehmen auch unter dynamischen und unvorhersehbaren Rahmenbedingungen wachsen, sich anpassen und erfolgreich agieren können.

Vorteile der Digitalisierung und des Digitalen Zwillings

Unternehmen, die eine Digitalisierungsstrategie verfolgen und umsetzen, legen damit den Grundstein für ihren zukünftigen Erfolg. Die Digitalisierung bietet entscheidende Vorteile in Bezug auf beschleunigte Innovation, erhöhte Agilität und größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen. Digitalisierte Konstruktions- und Entwicklungsprozesse ermöglichen es Unternehmen, die Produkt- oder Produktionsdefinition und -entwicklung schneller voranzutreiben. Die Erstellung eines Digitalen Zwillings des betreffenden Systems erleichtert die Zusammenarbeit über Abteilungsgrenzen hinweg, gewährleistet die Datenkontinuität und ermöglicht eine stärkere Automatisierung mühsamer Aufgaben.

Der Digitale Zwilling erhöht die Effizienz der Produktentwicklung und vereinfacht die Entscheidungsfindung. Ingenieure können sich auf wertschöpfende Aktivitäten konzentrieren, beispielsweise die Untersuchung von Konstruktionsalternativen, um für den jeweiligen Einsatzzweck die optimale konstruktive Lösung zu ermitteln. Die Auswirkungen aktualisierter Anforderungen, physischer Konstruktionsänderungen, neuer Fertigungsprozesse und sogar neuer Softwarefunktionen lassen sich durch den Digitalen Zwilling ebenfalls besser und schneller verstehen.

Vernetzte digitale Modelle ermöglichen es dem Produktentwicklungsteam, Änderungen an bestehenden oder in der Entwicklung befindlichen Anlagen zu analysieren und deren Auswirkungen zu bewerten. So kann etwa eine Softwarefunktion auf einer virtuellen Instanz eines Chips simuliert werden, um Änderungen des Strombedarfs und der thermischen Eigenschaften zu bewerten.

Die durch die Digitalisierung ermöglichte Geschwindigkeit wird bei Störungen im Markt zum Vorteil. Die Digitalisierung hilft Unternehmen, schneller auf dynamische Marktbedingungen zu reagieren, indem sie ihre Lieferstrategien oder Systemkonzepte an neue Anforderungen anpassen. Dies ist besonders wichtig für das Lieferkettenmanagement: dort sorgt die Digitalisierung für mehr Transparenz und Zusammenarbeit zwischen den Partnern, was wiederum zu einer höheren Flexibilität für alle führt. Unternehmen, die eng mit ihren Lieferanten zusammenarbeiten, können klarere Signale nutzen, um schneller auf Veränderungen zu reagieren.

Die Vorteile der Digitalisierung finden auf dem Markt großen Anklang. Kunden spüren die Herausforderungen in Bezug auf Innovation, Kosten und Ausfallsicherheit im täglichen Betrieb und suchen nach Lösungen.

Definition der Digitalisierungsgrade

Die Digitalisierungsreife in der Industrie erstreckt sich über ein breites Spektrum. Dieses reicht von Unternehmen, die sich noch gar nicht auf den Weg in die Digitalisierung gemacht haben, bis hin zu solchen, die bereits mit dem Aufbau eines umfassenden Digitalen Zwillings begonnen haben. In der folgenden allgemeinen Beschreibung dieser Stufen der Digitalisierungsreife werden die Fortschritte der Unternehmen und die noch zu erschließenden Möglichkeiten veranschaulicht:

• 1. Keine: Diese Unternehmen haben noch nicht mit der digitalen Transformation begonnen. Sie nutzen weiterhin Insellösungen bei Werkzeugen und Prozessen.
• 2. Digitale Anwendungen: Diese Unternehmen haben einige digitalisierte Anwendungen für die Bereiche Engineering, Fertigung, Logistik und andere Bereiche eingeführt. Zu diesen Anwendungen zählen unter anderem CAD, Simulation oder MES. Diese Anwendungen sind in der Regel nicht durch einen Digital Thread (digitaler roter Faden) miteinander verbunden, obwohl sich die Unternehmen möglicherweise in der Anfangsphase der Einführung Digital Threads in einzelnen Bereichen befinden.
• 3. Domänenintegration: Diese Unternehmen setzen Digital Threads ein, um verschiedene Workflows miteinander zu integrieren und so den Wert jedes einzelnen Digital Threads und jeder digitalen Anwendung zu steigern und zu erweitern. Zuvor getrennte Abteilungen werden miteinander verknüpft, wobei alle Abteilungsdaten in digitalen Formaten erfasst und über den gesamten Lebenszyklus hinweg verfügbar gemacht werden. Vollständig integrierte Abteilungen bilden die frühe Entwicklungsstufe eines umfassenden Digitalen Zwillings und bieten Unternehmen eine solide Grundlage für den Einsatz von Tools der künstlichen Intelligenz (KI), die sowohl in Anwendungen eingebettet sind (Copiloten) als auch Workflows koordinieren (Agenten).
• 4. Digitales Unternehmen: Vollständige Digitalisierung und Integration im gesamten Unternehmen. Ein digitales Unternehmen nutzt den umfassenden Digitalen Zwilling, industrielle KI und das industrielle Metaverse.

Das Digitalisierungsspektrum in der Industrie

Fast alle Unternehmen haben sich in gewissem Maße der Digitalisierung verschrieben. Sie unterscheiden sich jedoch hinsichtlich des Digitalisierungsgrades und der Geschwindigkeit, mit der die digitale Transformation voranschreitet. Auch innerhalb der Unternehmen selbst treten häufig Unterschiede im Digitalisierungsgrad auf. Aufgrund dieser uneinheitlichen Einführung der Digitalisierung wird der Fortschritt von Unternehmen durch den Reifegrad ihres am stärksten digitalisierten Bereichs oder Prozesses sowie durch den durchschnittlichen Reifegrad aller Bereiche und Prozesse innerhalb des Unternehmens beurteilt.

Führende Unternehmen im Bereich der Digitalisierung haben in der Regel einen hohen Grad an Digitalisierung und Integration in mindestens einem Bereich erreicht, beispielsweise im Engineering oder in der Fertigung innerhalb des Unternehmens. Diese hochintegrierten Bereiche stellen die „Best-in-Class“-Digitalisierungsprogramme dar. Sie zeichnen sich durch die Nutzung eines Digital Threads aus, der Bereichsdaten und -modelle kombiniert, um einen robusten Digitalen Zwilling zu schaffen. In diesen Bereichen wird KI häufig in einzelnen Anwendungen wie Designassistenten eingesetzt. Zunehmend werden KI-Agenten eingeführt, die den Digital Thread nutzen können, um Aktionen über Anwendungen und schließlich über Bereiche hinweg zu koordinieren.

Beispielsweise kann ein führender Hersteller vernetzte CNC-Maschinen innerhalb eines integrierten digitalen Produktionsprozesses einsetzen. Diese vernetzten Maschinen sind in der Lage, den Bediener automatisch auf anomale Sensorwerte während der Bearbeitung aufmerksam zu machen. Der Bediener kann den Digitalen Zwilling nutzen, um den aktuellen Bearbeitungsvorgang zu überprüfen und so den relevanten Moment zu identifizieren und die Ursache für die Warnmeldung zu diagnostizieren – alles in der virtuellen Welt. Ein solcher Prozess hilft dabei, Probleme frühzeitig zu erkennen, Wartungsarbeiten schneller durchzuführen und gegebenenfalls Prozesse zu aktualisieren.

Digitalisierungsreife steckt noch in den Kinderschuhen

Der größte Teil der Unternehmen befindet sich jedoch noch in den Anfängen der Digitalisierung – sie stellen einzelne Prozesse von papierbasierten oder isolierten Softwaretools auf vernetzte Tools und Digital Threads um. Daher steckt die Digitalisierungsreife auf dem Markt noch in den Kinderschuhen. Dies bietet Unternehmen erhebliche Chancen, durch die Einleitung oder Neubelebung einer digitalen Transformation langfristig ihre Leistungsfähigkeit und Wettbewerbsposition zu verbessern. Vor allem diejenigen Unternehmen, die heute damit beginnen und den Prozess weiterverfolgen, werden die größten Gewinne erzielen.

Industrielles Metaverse leitet den digitalen Fortschritt

Letztendlich führt Digitalisierung die Unternehmen auf den Weg zum Aufbau des industriellen Metaverse – der nächsten Evolutionsstufe der Digitalisierung, KI und des umfassenden Digitalen Zwillings. Das industrielle Metaverse wird ein Ort sein, an dem Nutzer mit dem umfassenden Digitalen Zwilling interagieren und ihn erleben können. Dazu bietet das industrielle Metaverse eine Umgebung, die technische und geschäftliche Entscheidungen auf der Grundlage robuster, präziser und in Echtzeit verfügbarer Daten erleichtert.

Inmitten eines globalen industriellen Wandels wird es für Unternehmen notwendig werden, das industrielle Metaverse als Instrument zur Problemlösung einzusetzen, sei es auf Einzelfallbasis oder unternehmensweit. Entsprechend dieser Erwartung arbeiten wir bei Siemens intern und gemeinsam mit unseren Kunden weiter daran, Anwendungsfälle und die grundlegenden Technologien für das industrielle Metaverse zu entwickeln, darunter den umfassenden  Digitalen Zwilling und KI.

Validierung von Fahrzeugchips 

Siemens und SAICEC: Digital-Twin-Technologie

Diese Entwicklungsarbeit umfasst die Erstellung von Frameworks, die die Verknüpfung und Orchestrierung von Daten aus verschiedenen Autorensystemen innerhalb eines Unternehmens steuern. Dazu gehört auch das Verständnis von Zeit und Gültigkeit. Ziel ist es, diese Daten in einer einheitlichen Benutzererfahrung bereitzustellen.

Weitere Entwicklungsschwerpunkte liegen auf der Anwendung von KI und der Zusammenarbeit mit Hyperscalern, um die für zukünftige Industrielle Metaverse-Anwendungen erforderliche Skalierbarkeit zu erreichen. Diese Kooperationen haben neue Funktionen hervorgebracht, die 3D-Visualisierung, Simulation und Fabrikdaten in einer einheitlichen, immersiven Umgebung vereinen. Produktentwickler nutzen diese Technologien, um Planung, Konstruktion und Betrieb zu beschleunigen. So werden groß angelegte Simulationen, KI-gesteuerte Arbeitsabläufe und vertrauenswürdige, datengestützte Entscheidungen in jeder Phase der Konstruktion und des Betriebs möglich. 

Diese Werkzeuge ermöglichen leistungsstarke Funktionen wie die Integration von Gebäudeinfrastruktur und Produktionslinien in einer einzigen Engineering-Umgebung. Die Werkzeuge unterstützen dann auch den Einsatz von KI zur Simulation hunderter potenzieller Fabriklayouts, um das effizienteste Design zu finden. Die Simulation und die KI-gestützte Automatisierung helfen Betreibern dabei, Anlagen innerhalb von Monaten statt von Jahren zu optimieren und zu skalieren – und damit die Leistung zu steigern, die Energieeffizienz zu erhöhen und die Kapazität zukunftssicher zu machen.

Förderung einer digitalen Denkweise

Zunehmende Komplexität, Kosten und Geschwindigkeit zwingen Unternehmen dazu, nach neuen, flexibel anpassbaren Methoden für das Management von Produktentwicklung, Produktion, Lieferketten und Betriebsabläufen zu suchen. Investitionen in eine Digitalisierungsstrategie ermöglichen es Unternehmen, diese Herausforderungen zu bewältigen, indem sie Innovation, Agilität und Widerstandsfähigkeit fördern. 

Der technologische Fortschritt ist jedoch nur ein Teil der Gleichung. Die Bereitschaft innerhalb der Organisation, neue Technologien und Prozesse zu unterstützen, ist die Basis der Veränderung. Wenn sich Unternehmen durch Digitalisierung auf die Zukunft vorbereiten, ist es entscheidend, dass sie sich darauf konzentrieren, die Akteure des Wandels innerhalb der Organisation zu unterstützen. Dies wird besonders schwierig und wichtig in großen Unternehmen sein, die über eine umfangreichere Altinfrastruktur verfügen.

Glücklicherweise steigt der Wert der Digitalisierung mit der Zeit. Zukünftige Projekte werden von dem Mehr an Agilität und Widerstandsfähigkeit profitieren, die während früherer Digitalisierungsbemühungen erzielt wurden, und diese miteinander verbinden. Darüber hinaus wird sich unschätzbar wertvolles Prozesswissen ansammeln, wenn die Anwender sich mit der Implementierung digitaler Systeme vertraut machen, wodurch sichergestellt wird, dass nachfolgende Projekte schneller einen Mehrwert erzielen. Darüber hinaus sind Unternehmen, die sich sowohl technologisch als auch kulturell auf die Digitalisierung einlassen, am besten für die Zukunft gerüstet. Unternehmen, die heute bei der Digitalisierung führend sind, erreichen ihre Produktentwicklungsziele mit höherer Wahrscheinlichkeit.

In einer zunehmend unsicheren Zukunft werden die Unternehmen, die sich der Digitalisierung verschreiben, ihre frühen Vorteile konsolidieren und sich gegenüber der Konkurrenz einen Vorsprung verschaffen.

Dale Tutt ist Global Vice President of Industries bei Siemens Digital Industries Software. Zum LinkedIn-Profil.