Digitaler Zwilling

Echtzeitfähige Überwachung des CO₂-Fußabdrucks für KMU

Echtzeitfähige Überwachung des CO₂-Fußabdrucks für KMU

Nachhaltigkeit in Echtzeit – Vom Betrieb bis zum fertigen Produkt
Henning Strauß ORCID Icon, Julian Sasse ORCID Icon
Obwohl KMU nicht direkt von den gesetzlichen Berichtspflichten zur CO₂-Bilanzierung betroffen sind, stehen sie als Zulieferer in der Pflicht, den Anforderungen der Nachhaltigkeitsberichterstattung gerecht zu werden. Hierfür ist neben einer ganzheitlichen Lebenszyklusanalyse eine qualitativ hochwertige Datenbasis innerhalb der Produktion erforderlich, um den spezifischen CO₂-Fußabdruck zu bestimmen. Ein zentrales Element ist dabei die Implementierung eines Machine Carbon Footprint (MCF). Die Entwicklung und Implementierung eines MCF unter dem Fokus der Anwendbarkeit für kleine und mittelständische Unternehmen soll Ziel dieses Beitrags sein. Hierfür werden Daten an einer Werkzeugmaschine in Echtzeit erfasst und visualisiert. Die Messdaten werden dann mithilfe von Open-Source Low-Code-Plattformen verarbeitet, gespeichert und visualisiert. Diese Echtzeitdaten bilden die Grundlage für die genaue Bestimmung des produktionsspezifischen CO₂-Fußabdrucks sowie in Verbindung mit ...
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 3 | Seite 102-109
Modell der Strategischen Produktplanung

Modell der Strategischen Produktplanung

Digitale Zwillinge für kreislauffähige Produkte und Produktionsprozesse
Iris Gräßler ORCID Icon, Sven Rarbach, Benedikt Grewe
Die Strategische Produktplanung (SPP) muss sich aktuellen Herausforderungen wie Kreislaufwirtschaft, Digitale Geschäftsmodelle und Interdisziplinarität stellen. Etablierte Vorgehensmodelle sind beispielsweise nur bedingt auf Produkt-Service-Systeme anwendbar. In diesem Beitrag wird ein neues Modell der SPP vorgestellt, das auf einer Analyse von 230 existierenden SPP-Ansätzen basiert und Digitale Zwillinge zur kontinuierlichen Informationsrückführung aus dem gesamten Produktlebenszyklus integriert. Dies ermöglicht eine vorläufige Produktüberwachung und eine dynamische Anpassung der SPP. Das Modell folgt einem agilen, iterativen Ansatz bestehend aus fünf zyklischen Kernaktivitäten, die entlang der zunehmenden Reife durch fünf Kontrollpunkte strukturiert werden. Die frühzeitige Berücksichtigung der Kreislauffähigkeit sorgt für ressourcenschonende Produkte und Produktionsprozesse. Durch Flexibilität, Informationszirkularität und Nachhaltigkeit ist das Modell zukunftsfähig ...
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 3 | Seite 24-31 | DOI 10.30844/I4SD.25.3.24
Das Grundkonzept des Digitalen Zwillings

Das Grundkonzept des Digitalen Zwillings

Wie Digitale Zwillinge die Auftragsprozesse und Automatisierungspyramide verändern
Wilmjakob Herlyn ORCID Icon
Der Digitale Zwilling gilt als Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0. Das Grundkonzept des Digitalen Zwillings wird inzwischen in der Praxis erfolgreich angewendet. Durch neue Identifikationstechnologien, Ortungs- und Kommunikations-Systeme ergeben sich auf der Shopfloor-Ebene ganz neue Möglichkeiten, die Fertigung und den Materialfluss zu steuern, denn es stehen permanent genaue Daten nicht nur über Produkte, sondern auch über die Materialverfügbarkeit und den Status der Auftragserfüllung zur Verfügung. An dieser Stelle greift das Konzept des DZ, der die sofortige Nutzung und Auswertung der erfassten Daten ermöglicht. Dieser Beitrag stellt das Grundkonzept des DZ dar und zeigt auf, wie dieses Konzept mit der Smart Factory verbunden ist.
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 3 | Seite 92-101
Digitale Zwillinge für Produktions- und Logistiksysteme

Digitale Zwillinge für Produktions- und Logistiksysteme

Herausforderungen und Handlungsfelder bei der Implementierung und Nutzung
Deike Gliem ORCID Icon, Nicolas Wittine ORCID Icon, Sigrid Wenzel ORCID Icon
Für eine erfolgreiche Implementierung sowie nachhaltige Nutzung und Pflege Digitaler Zwillinge für Produktions- und Logistiksysteme ist es notwendig, relevante Anwendungsfälle zu identifizieren und die damit einhergehenden Herausforderungen zu meistern. Dieser Beitrag analysiert wissenschaftliche Literatur zu gängigen Anwendungen und Herausforderungen bei der Implementierung Digitaler Zwillinge für die Planung und den Betrieb von Produktions- und Logistiksystemen. Um die Praxisrelevanz der Ergebnisse zu bestätigen, sind zudem die Resultate einer empirischen Befragung einbezogen worden. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden wesentliche Handlungsfelder für die erfolgreiche Implementierung und langfristige Nutzung von Digitalen Zwillingen in Produktion und Logistik abgeleitet.
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 3 | Seite 42-49 | DOI 10.30844/I4SD.25.3.42
Schneller, einfacher Digitaler Zwilling

Schneller, einfacher Digitaler Zwilling

Mit Open-Source zum kosteneffizienten Digitalen Zwilling und Industrie 5.0: Eine Fallstudie
Shantall Cisneros Saldana ORCID Icon, Sonali Pratap, Parth Punekar, Sampat Acharya, Heike Markus ORCID Icon
Die Einführung Digitaler Zwillinge (DZ) scheitert oft an hohen Kosten, technischer Komplexität und fehlenden Fachkenntnissen. Diese Studie stellt ein kostengünstiges Modell eines DZ, welches mit Technology Readiness Level (TRL) 5 validiert ist. Es wurde innerhalb von nur zwei Wochen mithilfe von Open-Source-Lösungen und gängigen Unternehmenswerkzeugen entwickelt und integriert sensorbasierte Echtzeitdaten, prädiktive Analysen, Anomalieerkennung und automatisierte Benachrichtigungen, um Effizienz und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft zu steigern. Das System erreicht eine durchschnittliche relative Abweichung von nur 7,76 % und gibt automatisierte Warnungen in Echtzeit aus. Die Ergebnisse zeigen, wie fortschrittliche digitale Werkzeuge durch die Kombination von Open-Source-Technologien und Standardwerkzeugen zugänglich gemacht werden können: skalierbar, menschenzentriert und erschwinglich im Sinne von Industrie 5.0.
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 3 | Seite 62-68 | DOI 10.30844/I4SD.25.3.62
Mit Digitalen Zwillingen die Zukunft der Fertigung gestalten

Mit Digitalen Zwillingen die Zukunft der Fertigung gestalten

Chancen und Hindernisse
Javad Ghofrani ORCID Icon, Darian Lemke, Tassilo Söldner
Digitale Zwillinge stellen eine Verbindung zwischen physischen und digitalen Systemen dar. Diese steigern die Effizienz und ermöglichen vorausschauende Wartung und die Herstellung von individuelleren Produkten. Trotz dieser Vorteile stehen Herausforderungen wie hohe Kosten, Datensynchronisierung und Sicherheitsrisiken einer breiten Einführung im Wege. Dieser Artikel befasst sich mit dem Potenzial Digitaler Zwillinge und untersucht die wichtigsten Hindernisse für die Integration und Implementierung, wobei auch einige industrielle Anwendungen wie die additive Fertigung als relevanter Anwendungsfall betrachtet werden.
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 3 | Seite 72-81
Mit Digitalen Zwillingen den Budgetierungsprozess optimieren

Mit Digitalen Zwillingen den Budgetierungsprozess optimieren

Dashboards und Process Mining für ein prozessorientiertes Performance Measurement
Bettina C. K. Binder ORCID Icon, Frank Morelli ORCID Icon
Die traditionelle Budgetierung gleicht oft einem mühsamen Marathonlauf voller Excel-Tabellen, manueller Abstimmungen und zeitaufwändiger Datensammlung. Moderne Unternehmen benötigen jedoch agile, datengetriebene Lösungen, die Transparenz, Effizienz und strategische Vorausschau ermöglichen. Digitale Technologien wie Digitale Zwillinge, Dashboards und Process Mining eröffnen diese Möglichkeit: Sie transformieren den Budgetierungsprozess von einem statischen Zahlenwerk zu einem dynamischen, simulationsfähigen Steuerungsinstrument. Statt sich in Detailarbeit zu verlieren, können Unternehmen hiermit Prozesse in Echtzeit analysieren, Szenarien durchspielen und fundierte Entscheidungen treffen.
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 2 | Seite 52-58
Digitaler Zwilling mittels semantischer Modellierung und KI

Digitaler Zwilling mittels semantischer Modellierung und KI

Selbstlernende Entwicklung und Simulation industrieller Produktionsanlagen
Wolfram Höpken ORCID Icon, Ralf Stetter ORCID Icon, Markus Pfeil ORCID Icon, Thomas Bayer ORCID Icon, Bernd Michelberger, Markus Till, Timo Schuchter, Alexander Lohr
Der KI-basierte selbstlernende Digitale Zwilling passt sich automatisch an das reale Systemverhalten an und stellt jederzeit ein optimales Abbild eines Produktionsprozesses dar. Ein ausdrucksstarkes, semantisches Gesamtmodell dient als Basis für neuartige Ansätze der künstlichen Intelligenz (KI). Die mittels Methoden der KI gewonnenen Erkenntnisse werden in das Gesamtmodell integriert und so die Interpretierbarkeit und Erklärbarkeit der KI-Modelle verbessert. Methoden aus dem Bereich der eXplainable AI ermöglichen die automatische Beschreibung von KI-Modellen und deren Erkenntnisse sowie den Aufbau selbsterklärender Modelle.
Industry 4.0 Science | 41. Jahrgang | 2025 | Ausgabe 2 | Seite 30-36 | DOI 10.30844/I4SD.25.2.30
Motion-Mining im Vergleich zu traditionellen Lean-Tools

Motion-Mining im Vergleich zu traditionellen Lean-Tools

Sensorgestützte Analyse manueller Prozesse in Produktion und Logistik
Hendrik Appelhans, Christopher Borgmann, Carsten Feldmann
Motion-Mining® ist eine Technologie, die mittels Bewegungssensoren und Mustererkennung eine automatisierte Prozessabbildung und Analyse manueller Arbeit ermöglicht. Dieser Beitrag bewertet die Vorteile und Grenzen ihres Einsatzes in Produktions- und Logistikprozessen. Dazu wird Motion-Mining® mit traditionellen Lean-Management-Tools zum Analysieren manueller Tätigkeiten verglichen. Erfahrungen aus vier Use Cases bieten Entscheidungsunterstützung bei der Auswahl der geeigneten Methode für einen bestimmten Anwendungsfall.
Industry 4.0 Science | 40. Jahrgang | 2024 | Ausgabe 2 | Seite 24-31
Kosteneffiziente Digitalisierungslösung im Kühlgeräterecycling

Kosteneffiziente Digitalisierungslösung im Kühlgeräterecycling

Der Weg zu einer nachhaltigen Zukunft mit Digitalen Zwillingen
Georgii Emelianov ORCID Icon, Mikhail Polikarpov ORCID Icon, Jochen Deuse ORCID Icon, Christian Thiehoff, Jochen Schiemann
Das fachgerechte Recycling von ausgedienten Kühlgeräten spielt eine wichtige Rolle beim Schutz der Umwelt und des Klimas. Recyclinganlagen unterliegen regelmäßigen Audits, um die Einhaltung strenger Umweltvorschriften zu gewährleisten. Die Erhebung von prüfungsrelevanten Daten stellt jedoch eine anspruchsvolle und zeitaufwändige Aufgabe dar, da sie überwiegend manuell erfolgt und fehleranfällig ist. Ein Lösungsansatz für eine nachhaltigere und effizientere Überwachung ist die automatisierte digitale Datenerfassung mithilfe von Sensoren und Künstlicher Intelligenz. Dies ermöglicht eine direkte Schätzung vom erwarteten Umfang der enthaltenen Schadstoffe. Damit ebnet sie den Weg für eine kontinuierliche Leistungsüberwachung und ein effizientes Management von Kühlgeräte-Recyclinganlagen.
Industry 4.0 Science | 40. Jahrgang | 2024 | Ausgabe 1 | Seite 76-82
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