Vom digitalen Schatten zum digitalen Zwilling: Ein stufenweiser Ansatz für die Fertigung

Auf einen Blick

• Der Begriff «digitaler Zwilling» wird uneinheitlich verwendet. Viele als Zwilling bezeichnete Vorhaben entsprechen fachlich einem digitalen Schatten.
• Die Unterscheidung ist wirtschaftlich relevant. Sie bestimmt Investitionsvolumen, Umsetzungsrisiko und den Zeitpunkt, ab dem ein Nutzen entsteht.
• Der eigentliche Engpass liegt selten in der Visualisierung, sondern in der Datenbasis: eindeutige Identifikation, ereignisbasierte Erfassung, konsistente Stammdaten.
• Ein stufenweises Vorgehen über vier Reifegrade erzeugt in jeder Stufe eigenständigen Nutzen und begrenzt das Investitionsrisiko.

Digitaler Zwilling, digitaler Schatten, digitales Modell: Begriffliche Einordnung

In der Forschung hat sich eine Unterscheidung nach der Art des Datenflusses zwischen physischem System und digitalem Abbild etabliert (Kritzinger et al., 2018).

Begriff	Datenfluss zwischen Anlage und Abbild	Typische Anwendung
Digitales Modell	kein automatisierter Datenaustausch in beide Richtungen	Layoutplanung, Simulation geplanter Anlagen
Digitaler Schatten	automatisierter Datenfluss von der Anlage zum Abbild	Echtzeit-Transparenz über Bestände, Orte und Bewegungen
Digitaler Zwilling	automatisierter Datenfluss in beide Richtungen	Abbild erkennt Abweichungen und wirkt steuernd auf die Anlage zurück

Die Abgrenzung ist mehr als eine Frage der Terminologie. Ein digitaler Schatten beantwortet die Frage, was gegenwärtig geschieht. Ein digitaler Zwilling beantwortet zusätzlich, was geschehen sollte, und setzt die Antwort in die Steuerung um.

Warum die Unterscheidung wirtschaftlich relevant ist

Ein digitaler Schatten erzeugt bereits erheblichen Nutzen. Suchzeiten sinken, Engpässe werden sichtbar, Entscheidungen beruhen auf aktuellen Daten statt auf Rundgängen und Rückfragen. Er setzt eine zuverlässige Datenerfassung voraus, aber keine Eingriffe in die Steuerung.

Ein digitaler Zwilling erfordert darüber hinaus Planungs- und Entscheidungslogik, definierte Freigabeprozesse und eine Rückkopplung in Leitsysteme und Steuerungen. Investitionsvolumen, Abstimmungsbedarf und Umsetzungsrisiko steigen entsprechend.

Vorhaben, die unmittelbar mit dem Zwilling beginnen, laufen Gefahr, ein überzeugendes Modell auf einer unzureichenden Datenbasis zu errichten. Vorhaben, die mit dem Schatten beginnen, können früh operativen Nutzen schaffen und zugleich die Grundlage für jede weitere Ausbaustufe.

Datenqualität als eigentlicher Engpass

Die dreidimensionale Visualisierung ist der sichtbarste Bestandteil eines digitalen Zwillings. Für seine Funktionsfähigkeit ist sie nachrangig. Entscheidend sind fünf Voraussetzungen.

Eindeutige Identifikation. Jedes Objekt, das sich durch die Fertigung bewegt, benötigt eine eindeutige Kennung, ob Behälter, Ladungsträger, Charge oder Auftrag.

Ereignisbasierte Erfassung. Der aktuelle Zustand allein genügt nicht. Erst die lückenlose Abfolge von Ereignissen, also wann sich welches Objekt wohin bewegt hat, macht Durchlaufzeiten, Wartezeiten und Engpässe messbar.

Konsistente Zeitstempel. Ereignisse aus unterschiedlichen Systemen lassen sich nur dann zuverlässig zusammenführen, wenn sie auf einer gemeinsamen Zeitbasis beruhen.

Strukturierte Ortsangaben. Lagerplätze, Puffer, Anlagen und Verkehrswege benötigen eine einheitliche, systemübergreifende Bezeichnung.

Vertrauenswürdige Stammdaten. Führen ERP, MES und Leitsysteme abweichende Artikel-, Platz- oder Anlagendaten, bildet auch ein technisch ausgereiftes Abbild die Realität falsch ab.

Digitaler Zwilling in der Produktion: Ein Reifegradmodell in vier Stufen

Stufe	Leitfrage	Ergebnis
1. Transparenz	Welche Daten liegen bereits vor?	Zusammenführung und Visualisierung vorhandener Daten
2. Digitaler Schatten	Was geschieht gerade?	Automatisierte, laufende Erfassung von Beständen, Orten und Bewegungen
3. Simulation und Prognose	Was geschieht, wenn …?	Szenarien auf Basis realer Daten, etwa für Layoutänderungen, neue Anlagen oder Schichtmodelle
4. Digitaler Zwilling	Was sollten wir tun?	Rückkopplung in die Anlage: Eingriffe, die nach definierten Freigaberegeln bestätigt oder automatisch umgesetzt werden

Jede Stufe stellt eine eigenständige Investitionsentscheidung dar und erzeugt für sich einen Nutzen. Das Vorhaben muss sich damit nicht erst nach Abschluss eines mehrjährigen Gesamtprojekts bewähren. Wie wir den Weg vom Schatten zum Zwilling begleiten, lesen Sie auf unserer Seite Digital Twin.

Typische Fehlannahmen

«Der Zwilling beginnt mit dem 3D-Modell.» Eine 3D-Visualisierung ist keine Voraussetzung. Zuerst werden Fragestellung und Datenbasis geklärt, denn ohne belastbare Daten zeigt auch das beste Modell lediglich eine ansprechende Annäherung.

«Die Technologie bestimmt den Umfang.» Ausgangspunkt sollte eine konkrete betriebliche Fragestellung sein, nicht das technisch Machbare.

«Ein Zwilling ist ein Projekt.» Ein digitaler Zwilling ist ein dauerhaftes betriebliches System. Betrieb, Pflege der Stammdaten und Weiterentwicklung müssen von Beginn an mitgeplant werden.

«Die Datenhoheit klärt sich später.» Die Frage, welches System für welche Information führend ist, gehört an den Anfang. Andernfalls entstehen konkurrierende Datenstände. Mehr dazu in unserem Beitrag zur Datenhoheit in der Fertigung.

Implikationen für das Management

1. Mit der Fragestellung beginnen. Ein Zwilling ist nur so wertvoll wie die Entscheidung, die er verbessern soll.
2. In Stufen investieren. Jede Stufe sollte einen eigenständigen, messbaren Nutzen haben, bevor die nächste freigegeben wird.
3. Datenhoheit früh festlegen. Die Zuordnung führender Systeme ist eine organisatorische Entscheidung, keine rein technische.
4. Betrieb mitplanen. Stammdatenpflege und Weiterentwicklung bestimmen langfristig, ob der Zwilling die Realität abbildet.

Quelle: Kritzinger, W., Karner, M., Traar, G., Henjes, J. & Sihn, W. (2018). Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification. IFAC-PapersOnLine, 51(11), 1016–1022.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen digitalem Schatten und digitalem Zwilling?

Beim digitalen Schatten fliessen Daten automatisch von der Anlage zum digitalen Abbild. Beim digitalen Zwilling fliessen sie in beide Richtungen: Das Abbild wirkt steuernd auf die Anlage zurück.

Womit beginnt man einen digitalen Zwilling?

Mit einer konkreten betrieblichen Fragestellung und der Datenbasis. Eindeutige Identifikation, ereignisbasierte Erfassung und konsistente Stammdaten sind wichtiger als ein 3D-Modell.

Braucht jedes Werk einen digitalen Zwilling?

Nicht zwingend. Für viele Werke bringt bereits der digitale Schatten den grössten Teil des Nutzens, weil er Bestände, Orte und Engpässe in Echtzeit sichtbar macht.