Digitaler Zwilling für Produktionslinien: Lektionen von führenden Herstellern elektrischer Geräte

Stellen Sie sich vor: Sie stehen kurz davor, einen neuen Produktionsprozess für Leistungsschalter zu starten. Bevor irgendwelche Maschinen mit dem Schweißen beginnen oder Kabel verbunden werden, könnten Sie den gesamten Prozess auf dem Bildschirm verfolgen. Sie würden ihn vom Moment der Rohmaterialeinführung, der Zuführung in die Maschine bis hin zur Übergabe des Endprodukts an die Verpacker sehen. Sie würden die Engpassstation identifizieren, die Einrichtung der Produktionslinie anpassen und Ihr SPS-Programm mit verschiedenen Produkten testen, bevor Sie das Gerät zusammenbauen. Stellen Sie sich vor, wie viel Zeit, Geld und Aufwand Sie dadurch sparen würden! Genau das bietet die Digital-Twin-Technologie der Fertigungsindustrie. Der digitale Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines Produkts, Geräts oder einer Linie, die mit Hilfe von Softwareprodukten erstellt wird. Er hat die Fähigkeit, sich durch die Übertragung von Daten mit seinem realen Gegenstück zu verbinden.

Einige Unternehmen wie Siemens, Schneider Electric, ABB und Eaton haben bereits Zwillingstechnologien eingeführt und ihre Ergebnisse geteilt: verkürzte Produktionszeiten, schnellere Markteinführung, um fast 40 % reduzierte Materialtransportzeiten, um 80 % reduzierte Inbetriebnahmezeiten und halbierte Durchlaufzeiten. Dieser Leitfaden hilft dabei, das Konzept des digitalen Zwillings im Kontext der Fertigungsindustrie zu erklären, welche Unternehmen diese Technologie nutzen und wie sie für kleine und mittelständische Unternehmen von Vorteil sein kann, die automatisierte Montagelinien und Tests implementieren möchten.

Einfach ausgedrückt kann ein digitaler Zwilling als ein Online-Modell eines Produkts, einer Maschine, einer Produktionslinie oder einer Fertigungsanlage definiert werden, das mit tatsächlichen Daten verknüpft ist und die Leistung eines realen Objekts nachahmen kann. Die Technologie wird von Unternehmen für Prozesssimulationen und Tests vor Beginn des Produktionsprozesses (virtuelle Inbetriebnahme) genutzt, um Engpässe aufzudecken, Wartungsbedarfe vorherzusagen und Produktänderungen zu bestätigen. Laut Siemens, Schneider Electric und ABB ermöglicht die Einführung dieser Technologie eine Verkürzung der Markteinführungszeit um mehr als 40 %, des Energieverbrauchs um 32 % und der Inbetriebnahmezeit um bis zu 80 %.

Was ist ein Digitaler Zwilling? Wie Hersteller ihn verstehen

Was genau ist ein digitaler Zwilling? Er bezeichnet die virtuelle Darstellung eines physischen Objekts oder Prozesses, die dessen Merkmale und Spezifikationen umfasst. Die folgenden drei Eigenschaften unterscheiden einen digitalen Zwilling von einem Standard-CAD-Modell und/oder generischen Modellierungstechniken.

• Erstens modelliert ein digitaler Zwilling Prozesse statt Geometrie. Das bedeutet, dass ein digitaler Zwilling die Bewegung eines Schalters verfolgen, die Zeit für eine Messung berechnen oder herausfinden kann, was mit einem fehlerhaften Teil passiert.
• Zweitens erhält ein digitaler Zwilling Echtzeitdaten. Die Daten von Sensoren, SPS-Systemen, MES und Informationen zur Qualität werden aus dem realen System an das digitale Modell übertragen.
• Schließlich dient ein digitaler Zwilling dazu, fundierte Entscheidungen zu treffen. Einfach ausgedrückt stellt ein Ingenieur dem digitalen Zwilling eine Reihe von “Was-wäre-wenn”-Fragen und wählt eine Antwort aus, die in Bezug auf die Produktion sinnvoll ist.

Moderne digitale Zwillingstechnologie vereint 3D-Modellierungssoftware, Physik- und Logiksimulationssoftware, industrielles IoT und den Einsatz von künstlicher Intelligenz. Zu diesem Zweck können wir mehrere Unternehmen nennen, wie Siemens (NX, Tecnomatix Process Simulate und Plant Simulation), ABB (RobotStudio), Dassault Systèmes, Rockwell Automation und NVIDIA (Omniverse).

Die drei Schichten eines Fertigungs-Digitalzwillings

Wenn es um eine Fabrik geht, kann es hilfreich sein, den Fertigungs-Digitalzwilling als aus drei verschiedenen Schichten bestehend zu betrachten. Siemens und andere Anbieter verwenden ähnliche Strukturtypen.

Der eigentliche Nutzen entsteht durch die Verbindung der drei Schichten, bei der eine Änderung im Produktzwilling ein Update des Prozesszwillings verursacht und Leistungsinformationen von der Linie zurückgespeist werden.

Die vier Arten von Digitalzwillingen nach Größe

Eine weitere häufig verwendete Methode zur Klassifizierung von Digitalzwillingen kann auf ihrer Größe basieren.

• Komponenten-Zwilling bezieht sich auf eine Einheit wie einen Bimetallstreifen, eine Feder oder einen Kontakt.
• Anlagen-Zwilling befasst sich mit einer kompletten Maschine oder einem Gerät.
• System-Zwilling umfasst mehrere Einheiten, die zusammenarbeiten, wie in einer MCB-Montagelinie.
• Prozess-Zwilling bedeutet die gesamte Produktionslinie einschließlich Logistik, Planung und Energieversorgung.

In der Regel beginnen Hersteller entweder mit der Verwendung von System- oder Anlagen-Zwillingen, da dies die einfachste Art von Zwillingen ist, mit denen man arbeiten kann.

Wie führende Hersteller von elektrischen Produkten digitale Zwillinge nutzen

Beispiele für Digitalzwilling-Fabriken sind meist in der Produktion von elektrischen und Automatisierungsausrüstungen zu sehen, wo Unternehmen ihren Erfolg durch die Nennung eigener Fabriken als Beispiele demonstrieren. Sie können Daten von verschiedenen Unternehmenswebsites verwenden.

Siemens: Vom Produkt-Digitalzwilling zum Fabrik-Digitalzwilling

Erlangen, Deutschland – Materialflüsse und automatisierte fahrerlose Transportsysteme (AGV). Die Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen produziert SINAMICS-Frequenzumrichter. Mithilfe der Programme Tecnomatix Plant Simulator und Process Simulate können Ingenieure nun verfolgen, wie AGVs auf dem Shopfloor arbeiten und Materialien transportieren, was durch Prozesssimulationen im digitalen Zwilling anstelle der Produktion vor Ort zu einer fast 40%igen Senkung der Materialumlaufgeschwindigkeit führt. Darüber hinaus nutzt Siemens die digitalen Zwillinge von Robotern, Containern und Teilen, um KI-Systeme zu trainieren, simulierte Roboter für die Materialhandhabung einzusetzen, anstatt jeden Roboter manuell für jedes Teil zu programmieren. Durch die Nutzung von IT und OT sowie industrieller KI konnte Siemens die Produktivität in vier Jahren um 69% steigern und den Energieverbrauch um 42% senken.

Laut Siemens liegt der Grund dafür, dass das Unternehmen die Zielproduktionszykluszeit von etwa acht Sekunden erreicht hat, in der Erstellung seines digitalen Zwillings. Das Werk von Siemens in Chengdu, China, wurde als digitaler Zwilling der Fabrik in Amberg geschaffen, um dieselben Prozesse in einer anderen Region durchzuführen.

Nanjing, China – eine virtuell existierende Fabrik. Die Siemens Numerical Control Fabrik in Nanjing ist auf die Produktion von CNC-Maschinen, Antrieben und Motoren spezialisiert. Bevor die gesamte Fertigungsanlage gebaut wurde, wurde sie zunächst im virtuellen Raum entworfen und getestet. Die Fabrik ist jetzt 73.000 m² groß und führt mehr als 50 KI-gesteuerte Operationen durch. Seit 2022 hat sich die Effizienz der Abläufe um 78% erhöht, während Ausfälle um 46% reduziert wurden. Die Fabrik wurde im Januar 2026 vom Vorstand des Weltwirtschaftsforums (WEF) als Global Lighthouse ausgezeichnet.

Schneider Electric: Digitale Zwillinge für Energie, Betrieb und Geschwindigkeit

Die Anwendung der digitalen Zwillingstechnologie auf der EcoStruxure-Plattform hat Schneider Electric ermöglicht, seine Werke mit seinen Energie- und IT-Lösungen zu verbinden, indem es seine intelligenten Fabriken mit einzigartigen Erweiterungswerkzeugen ausstattet. Das Unternehmen nutzt digitale Zwillinge in vielen Fertigungsanlagen, was zu großen Vorteilen führt:

Wuxi, China – Der Einsatz digitaler Zwillinge hat zu einer Einsparung von 32% bei Heiz- und Lüftungskosten geführt. Die neuesten Entwicklungen, die das Unternehmen mithilfe von 5G nutzt, das die Roboterleistung ermöglicht, haben in dieser Fabrik zu einer Steigerung der termingerechten Lieferungen um 30% und einer Verkürzung der Markteinführungszeit um 25% geführt.

Le Vaudreuil, Frankreich – Eines der ersten Lighthouses, das die EcoStruxure Augmented Operator Advisor-Anwendung bereitstellt, die AR-Technologien, Energieverbrauch und vorausschauende Wartung umfasst. Dieses Lighthouse hat eine Energieeinsparung von 25% und eine Emissionsreduzierung von 25% ermöglicht.

Lexington, USA – Der Einsatz von IoT und prädiktiver Analytik ermöglicht den Empfang von Echtzeitdaten und führt zu einer Senkung des Energieverbrauchs um 26%.

Shanghai, China – Die Fabrik hat maschinelles Lernen in der Technik und GENAIC implementiert, was dazu beigetragen hat, die Lieferzeit der Bestellungen um 67% zu verkürzen und die Produktivität um 82% zu steigern.

In allen Fällen gibt Schneider Electric Einsparungen zwischen 10% und 30% beim Energieverbrauch sowie eine Reduzierung der Wartungskosten um 30%–50% an. Darüber hinaus ist das Beispiel Shanghai sehr anschaulich für Hersteller von Niederspannungsprodukten.

ABB: Virtuelle Inbetriebnahme mit digitalen Robot-Zwillingen

ABB brachte 1998 die Simulationssoftware RobotStudio auf den Markt. Im März 2026 wurde RobotStudio HyperReality eingeführt, das die Fortschritte von NVIDIA Omniverse und das Konzept von Produkt-, Umwelt- und Roboter-Zwillingen integriert. Das Unternehmen betont, dass die Plattform eine Korrelation zwischen der Simulation und dem realen Roboter von etwa 99% ermöglicht sowie die Inbetriebnahmezeit um 80% und die Entwicklungskosten um 40% reduziert. Einer der Hauptgründe für dieses Ergebnis ist, dass ABB dieselbe Firmware im virtuellen Controller und im physischen Robotercontroller verwendet.

Eaton: Simulator und digitale Zwillinge in der Produktion

Das Werk von Eaton in Changzhou, China, verarbeitet 164.000 SKUs und etwa 5.000 neue Designs pro Jahr. Die Implementierung von digitalen Zwillingen, Simulation, Künstlicher Intelligenz und Robotik hat dem Unternehmen ermöglicht, eine Zeitersparnis von 39%, eine Effizienzsteigerung von 50% und eine Umsatzsteigerung von 129% zu erzielen.

Vergleich der Ergebnisse digitaler Zwillinge

Was digitale Zwillinge für automatisierte Produktionslinien leisten

Für einen Hersteller, der eine automatisierte Montage- und Prüflinie kauft oder aufrüstet, sind die Vorteile eines digitalen Zwillings praktisch und messbar. Vier davon stechen hervor.

Verkürzter Start durch virtuelle Inbetriebnahme

Betrachtet man den Prozess der virtuellen Inbetriebnahme, sieht man, dass vor Verfügbarkeit der physischen Maschinenanlage das reale SPS-Programm mit der virtuellen Version der Maschine verbunden wird. Ingenieure können Abläufe, Verriegelungen, Sicherheitslogik, Bedienung der HMIs und Fehlerbehandlung testen, wodurch Programmierfehler aus früherer Produktion reduziert werden. Die Reduktionsrate kann beispielsweise 80% betragen, wenn hochpräzise Robotermodelle verwendet werden. Selbst bei einfachen Simulatoren wird ein großer Teil der Startschwierigkeiten gemindert.

Kapazitäts- und Engpasssimulation

Jede Automationsstation ist so schnell wie die langsamste unter ihnen. Mithilfe einer Simulation des tatsächlichen Produktionsprozesses können Ingenieure die Arbeitszeit jeder Station optimieren, bevor sie physisch umgesetzt wird. Betrachten Sie ein Beispiel für einen Leistungsschalter: ein MCB-Automatisierungslinie läuft mit 3 Sekunden pro Einheit und produziert etwa 1.200 Schalter pro Stunde, während ein MCB-Automatikprüflinie 800–2.400 pro Stunde testen kann. Die Simulation ermöglicht die Schlussfolgerung, dass die Montage prozessbegrenzender ist als der Test.

Wartungsvorhersage und Closed-Loop-Qualität

Nachdem die Linie ihre Arbeit aufgenommen hat, kann der Performance-Twin Informationen wie Zyklenzählungen der Zylinder, Stromstärken der Motoren und Presskräfte liefern. Anschließend werden die Trends analysiert und helfen, den Verschleiß der Linie vor einem Ausfall oder qualitativen Abweichungen zu erkennen. Zum Beispiel bedeutet die langfristige Veränderung der Auslösezeit bei der Kalibrierung einen Fehler des Papiers, bevor das Gerät die Grenze der IEC 60898-1 erreicht.

Schnelle Durchführung von Umrüstungen und Verifizierungen

Hersteller im Bereich der Niederspannungsanwendungen sehen einen ständigen Bedarf, neue Spannungswerte und andere Parameter hinzuzufügen. Auf einer MCCB-Automatisierungslinie mit 100–1.600 A, bei der der Rahmenwechsel 30–60 Minuten mit Schnellwechselwerkzeugen dauert, schützt die virtuelle Validierung jedes neuen Rezeptes dieses Umrüstfenster.

Typische Schmerzpunkte in Montage- und Testlinien für Leistungsschalter

Wie kleine und mittelständische Hersteller starten können

Fallstudien von Siemens und Schneider umfassen große Teams und mehrjährige Initiativen. Die meisten mittelständischen Fabriken benötigen keinen digitalen Zwilling für das gesamte Werk, um davon zu profitieren. Solche Initiativen können klein beginnen und einen Großteil des Entwicklungsprozesses durchlaufen, wie unten erläutert:

1. Wählen Sie eine Linie oder eine kritische Station aus. Führen Sie eine 3D-Modellierung der ausgewählten Station(en) sowie des Förderbandsystems durch und verbinden Sie dann das reale PLC-Programm für die virtuelle Inbetriebnahme.
2. Erstellen Sie ein 3D-Modell mit Bewegung und Logik. Führen Sie das tatsächliche Produktmuster aus und finden Sie Engpässe und Änderungen.
3. Simulieren Sie Kapazität und Varianten. Nach dem Betrieb der Linie sollten Zeitintervalle, Ausfälle und Tests an das MES oder den Speicher der Anbieter gesendet werden, damit alles wie erwartet funktioniert.
4. Verbinden Sie Live-Daten. Sobald die Linie läuft, streamen Sie Zykluszeiten, Fehler und Testergebnisse in das MES oder eine Datenbank, damit das Modell die Realität widerspiegelt.
5. Fügen Sie Wartungs- und Qualitätsanalysen hinzu. Nun ist es möglich zu bestimmen, wann die Ausrüstung gewartet werden sollte, indem die oben genannten Daten analysiert werden.
6. Skalieren Sie auf die nächste Linie. Verwenden Sie die Modelle, Bibliotheken und Datenstrukturen für das nächste Projekt wieder.

Ehrlichkeit ist der Schlüssel in Bezug auf die Kosten. Die Einführung von Simulationsprogrammen, Modellierung und Datenintegration erfordert Zeit und verursacht Kosten, insbesondere wenn Ihre Verwandten keine nützlichen Daten zur Verfügung haben. Für Hintergrundinformationen darüber, wie Automatisierungsebenen zusammenpassen, siehe unsere Artikel zu vollständig integrierte Automatisierung und den Betrieb von Fertigungsprozessen; für Investitionsbereiche siehe die Effizienzvorteile der industriellen Automatisierung; und für die Auswahl eines Linientyps siehe unseren Leitfaden zu Auswahl einer automatisierten Produktionslinie.

Fazit: Digitale Zwillinge sind zu einem Wettbewerbsvorteil geworden

Durch die Implementierung digitaler Zwillinge ist es Siemens gelungen, den Materialkreislaufprozess in Erlangen um 40 % zu reduzieren und ein virtuelles Modell seines Werks in Nanjing vor dem tatsächlichen Bau zu erstellen. Schneider Electric hat den Energieverbrauch in seiner Einrichtung in Wuxi durch den Einsatz digitaler Zwillingstechnologie gesenkt und die Workflow-Effizienz in anderen Smart Factories verbessert. ABB gibt an, die Inbetriebnahmezeit um bis zu 80 % verkürzt zu haben. Diese Erfolge sind echte Leistungsresultate und keine bloßen Marketinginnovationen.

Für Unternehmen, die die Produktivität ihres Technologieimplementierungsprozesses durch Modernisierung ihrer Produktionslinie verbessern möchten, kann ein digitaler Zwilling eine wesentliche Lösung sein.

Referenzen

• Siemens – Der digitale Zwilling in der Elektronikfabrik Erlangen – Materialkreislauf, AGV-Simulation, KI-Training und Time-to-Market.
• Siemens – Erlangen als Digital Lighthouse benannt (2024) – Produktivitäts- und Energieergebnisse.
• Siemens – Elektronikwerk Amberg – Varianten, Umrüstungen und digitale Unternehmensdaten.
• Siemens – Nanjing als Global Lighthouse benannt (2026) – virtuell gestaltete Fabrik und KI-Ergebnisse.
• Schneider Electric – Lexington und Wuxi Lighthouse Anerkennung (2021) – digitale Zwilling Energieergebnisse und IoT-Energiemanagement.
• Schneider Electric – Shanghai und Monterrey Lighthouses (2024) – Produkte, Technologien und Ergebnisse.
• Assembly Magazine – Einblick in Schneider Electrics Smart Factory – Augmented Reality sowie unternehmensweite Energie- und Wartungseinsparungen.
• ABB – RobotStudio HyperReality (2026) – Sim-to-Real-Korrelation und Inbetriebnahmezeit.
• Eaton – Changzhou Smart Factory tritt dem Global Lighthouse Network bei – Simulation und digitale Zwillingsergebnisse.

Planung einer neuen Montage- oder Testlinie?

Bevor Sie eine neue Produktionslinie für Leitungsschutzschalter (MCBs), Leistungsschalter (MCCBs), Fehlerstromschutzschalter (RCCBs), Schütze oder Zähler bestätigen, stellen Sie sicher, dass Sie sich nach dem Zykluszeitgleichgewicht, dem Umrüstplan und dem Inbetriebnahmeansatz erkundigen. Stellen Sie uns Ihre Produktmuster, Zielproduktion und Variantenliste zur Verfügung, und unsere Ingenieure entwickeln ein umsetzbares Linienkonzept, das realistische Taktzeiten, Tests und Datenrückverfolgbarkeit berücksichtigt.

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