Digitaler Zwilling und IIoT: Brücke zwischen Echtzeitdaten und Erfahrungswissen

515769
Bild: ©putilov/stock.adobe.com

Der digitale Zwilling entwickelt sich zunehmend zu einer tragenden Säule der digitalen Transformation industrieller Produktionsprozesse. In Verbindung mit künstlicher Intelligenz und dem Industrial Internet of Things-Infrastrukturen entsteht eine neue Qualität industrieller Steuerungssysteme: Erfahrungswissen von Mitarbeitenden wird mit objektiven Echtzeitdaten aus der Fertigung verknüpft, um eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu liefern. Die Fähigkeit, kontinuierliche Rückmeldungen aus dem laufenden Betrieb in Echtzeit zu verarbeiten und daraus unmittelbar handlungsleitende Impulse abzuleiten, ermöglicht Transparenz über Produktionsprozesse hinweg und versetzt Unternehmen in die Lage, flexibel und präzise auf interne wie externe Veränderungen zu reagieren.

Datenmodell und Kontextualisierung

Damit ein digitaler Zwilling effektiv arbeiten kann, benötigt er Zugriff auf ein intelligentes, semantisch strukturiertes Datenmodell. Dieses umfasst sowohl explizite, sensorisch erfasste Datenströme aus Maschinen und Anlagen als auch implizites Wissen aus früheren Entscheidungsprozessen, etwa aus Erfahrungswerten von Mitarbeitenden oder typischen Reaktionsmustern auf Störungen. Die Kombination beider Datenquellen ermöglicht eine kontextuelle Bewertung von Situationen und eine proaktive Steuerung.

Systemarchitektur und Funktionslogik

Die Grundlage für adaptive, digitale Zwillinge in der Fertigungssteuerung bildet eine modulare Systemarchitektur, die aus funktional differenzierten Komponenten besteht:

  • Der Observer erfasst kontinuierlich Prozessdaten und Zustände aus dem physischen Produktionsumfeld. Diese Daten werden in strukturierter Form gespeichert und bilden die Basis für alle weiteren Analysen.
  • Der Explanator nutzt semantische Informationsmodelle, um auf Basis der Beobachtungsdaten Abweichungen vom erwarteten Systemverhalten zu erklären. Dabei kommen sowohl regelbasierte als auch dynamisch lernende Modelle zum Einsatz, die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge identifizieren.
  • Der Evaluator bewertet mögliche Handlungsoptionen, um Abweichungen unter Berücksichtigung von Zielgrößen, Systemgrenzen und vergangenen Entscheidungen zu bewerten. In der Praxis kommen dabei einfache Entscheidungsbäume bis hin zu mehrkriteriellen Bewertungsverfahren zur Anwendung.
  • Der Decision Maker wählt aus den bewerteten Alternativen eine geeignete Maßnahme aus. Dabei werden typischerweise Optionen wie ‚Abwarten‘, ‚Parameteranpassung‘, ‚Konfigurationswechsel‘ oder ‚Delegation‘ berücksichtigt. Die Entscheidung kann regelbasiert, heuristisch oder durch KI unterstützt erfolgen.
  • Der Executor bereitet die Umsetzung der Maßnahme vor und übergibt sie an den Actuator, der die physische Ausführung innerhalb des Systems realisiert, sei es durch Anpassung von Maschinenparametern oder durch Kommunikation mit übergeordneten oder parallelen Systemen.

Diese Architektur ermöglicht kurzzeitige Anpassungen im laufenden Betrieb – automatisiert und situationsabhängig. Im Zusammenspiel mit digitalen Zwillingen, die verschiedene Konfigurationszustände digital repräsentieren, können Maßnahmen zudem vorab simuliert und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit geprüft werden. Damit entstehen lernfähige, selbstoptimierende Systeme, die nicht nur reaktiv, sondern zunehmend auch prädiktiv agieren.

Echtzeitreaktion in der Lernfabrik

Ein Beispiel für die Umsetzung bietet ein in einer Lernfabrik entwickeltes cyber-physisches Produktionssystem. Die Architektur gliedert sich in aufeinander abgestimmte Module, die gemeinsam eine geschlossene Steuerungsschleife bilden. Der Observer erfasst kontinuierlich Betriebsdaten, der Explanator analysiert Abweichungen vom Sollzustand und der Evaluator prüft mögliche Handlungsoptionen unter Berücksichtigung vorheriger Entscheidungen und aktueller Parameter. Der Decision Maker wählt auf dieser Basis die optimale Strategie und überträgt diese an Executor und Actuator, die die Umsetzung in der Anlage übernehmen. In einem konkreten Anwendungsfall an einer Mensch-Roboter-Arbeitsstation identifizierte das System beispielsweise eine abfallende Leistungskennzahl, analysierte semantisch relevante Einflussgrößen wie Ermüdung oder Störung und veranlasste eine automatische Anpassung des Arbeitstakts. Die neue Konfiguration wurde ohne manuelles Eingreifen umgesetzt. Dieses Beispiel verdeutlicht die Stärke des digitalen Zwillings, operative Prozesse nicht nur zu beobachten, sondern aktiv zu gestalten.

Während IIoT-Plattformen vor allem der Aggregation und Verfügbarkeit von Daten dienen, stellt der digitale Zwilling die semantische Ebene bereit, die für eine sinnvolle Interpretation und operative Nutzung dieser Daten notwendig ist. Die Kombination beider Elemente eröffnet neue Möglichkeiten der Fertigungssteuerung: Rückmeldungen aus dem laufenden Betrieb werden in Echtzeit erfasst, bewertet und direkt in Steuerungsentscheidungen überführt. Daraus entsteht eine adaptive Systemarchitektur, die sich an veränderte Anforderungen, schwankende Auslastungen oder technische Abweichungen eigenständig anpassen kann. Unternehmen erhalten so die Möglichkeit, ihre Produktionsprozesse kontinuierlich zu verbessern, Engpässe frühzeitig zu erkennen und Optimierungspotenziale auszuschöpfen. Gleichzeitig unterstützt der digitale Zwilling dabei, aus jedem Zyklus zu lernen und dieses Wissen in zukünftige Prozessentscheidungen einfließen zu lassen.

Strategische Relevanz

Auch vor dem Hintergrund des demografischen Wandels und der sich verändernden Arbeitswelt erhält der digitale Zwilling strategische Relevanz. Gehen Mitarbeitende in Rente, geht Erfahrungswissen verloren. Digitale Zwillinge bieten hier einen Ansatz, um dieses Wissen strukturiert zu erfassen, zu sichern und über Systemgrenzen hinweg verfügbar zu halten. Durch die enge Verzahnung von Echtzeitdaten mit Erfahrungswissen entsteht eine lernfähige Steuerungsebene, die flexibel auf Unwägbarkeiten reagieren kann und gleichzeitig als Wissensspeicher dient.

Die Entwicklung hin zu selbststeuernden, adaptiven Fertigungssystemen wird entscheidend durch die Verfügbarkeit semantisch angereicherter Datenmodelle und die Fähigkeit zur Echtzeitanalyse geprägt. Der digitale Zwilling fungiert dabei als Bindeglied. Seine Fähigkeit, Datenkontexte herzustellen, menschliche Entscheidungslogiken nachzuvollziehen und diese in aktuelle Situationen zu überführen, macht ihn zu einer Schlüsselkomponente im zukünftigen Produktionsumfeld. Besonders dort, wo hohe Komplexität und variable Anforderungen aufeinandertreffen, zeigt sich sein Potenzial: etwa bei der schnellen Umrüstung von Anlagen, der individuellen Anpassung von Lieferketten oder der Simulation von Produktionsalternativen im Rahmen strategischer Entscheidungsfindung.

Prof Gueter Bitsch 2
Bild: Becos GmbH

Autor:

Prof. Dr. Günter Bitsch ist
Gesellschafter und Geschäftsführer bei
der Becos GmbH.



  • Dauerkrisen kosten Deutschland fast eine Billion Euro

    Dauerkrisen kosten Deutschland fast eine Billion Euro

    Corona, Kriege oder die Amtszeit von US-Präsident Donald Trump haben die deutsche Wirtschaft seit 2020 stark belastet.

    mehr lesen: Dauerkrisen kosten Deutschland fast eine Billion Euro

  • IT&Production AI Conference 2026

    IT&Production AI Conference 2026

    KI verändert die industrielle IT. Das Versprechen: Effizienzgewinne, Kostenvorteile und Risikoreduktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

    mehr lesen: IT&Production AI Conference 2026

  • Webinar: Unified Namespace und IIoT – Datenraum für die Smart Factory

    Webinar: Unified Namespace und IIoT – Datenraum für die Smart Factory

    Der Unified Namespace soll alle Produktions- und Geschäftsdaten aus Maschinen, Sensoren und Systemen in einem gemeinsamen Echtzeit-Raum verfügbar machen – eine Single Source of Truth entsteht.

    mehr lesen: Webinar: Unified Namespace und IIoT – Datenraum für die Smart Factory

  • Forescout ernennt Regional Director für Zentraleuropa

    Forescout ernennt Regional Director für Zentraleuropa

    Forescout Technologies, ein Spezialist für Cybersicherheit, hat die Ernennung von Dirk Decker (Bild) zum Regional Director für Zentraleuropa bekanntgegeben.

    mehr lesen: Forescout ernennt Regional Director für Zentraleuropa

  • Immer weniger Arbeitsplätze hängen vom China-Geschäft ab

    Immer weniger Arbeitsplätze hängen vom China-Geschäft ab

    Die Anzahl der Arbeitsplätze in Deutschland, die vom Export nach China abhängen, ist seit 2021 um rund 40% gesunken, wie eine neue Analyse des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) zeigt.

    mehr lesen: Immer weniger Arbeitsplätze hängen vom China-Geschäft ab

  • Mehr IT-Dienstleister erleben Vorwürfe wegen Schlechtleistung

    Mehr IT-Dienstleister erleben Vorwürfe wegen Schlechtleistung

    Gegen zwei Drittel der IT-Dienstleister wurden im vergangenen Jahr seitens ihrer Auftraggeber Vorwürfe wegen angeblicher Schlechtleistung erhoben.

    mehr lesen: Mehr IT-Dienstleister erleben Vorwürfe wegen Schlechtleistung

  • Enbik und Edgecon gründen Service-Büro

    Enbik und Edgecon gründen Service-Büro

    Enbik, ein in Taiwan beheimateter Hersteller für Industrial Edge Computing und IT-Hardware, und Edgecon gründen in Deggendorf ein Logistik- und Service-Büro für den deutschsprachigen Raum.

    mehr lesen: Enbik und Edgecon gründen Service-Büro

  • Wenn KI-Modelle zum Angriffsziel werden

    Wenn KI-Modelle zum Angriffsziel werden

    Zur Münchner Sicherheitskonferenz (13. bis 15. Februar) hat die Google Threat Intelligence Group (GTIG) einen Bericht veröffentlicht, mit dem die Verfasser die Debatte um KI-gestützte Bedrohungen auf eine operative Ebene…

    mehr lesen: Wenn KI-Modelle zum Angriffsziel werden

  • Ein Tag ohne Internet und alles steht still

    Ein Tag ohne Internet und alles steht still

    Laut einer Untersuchung des Bitkom ist die deutsche Wirtschaft schlecht auf hybride Bedrohungen wie Stromausfälle, Sabotage oder durch Ransomware lahmgelegte Fabriken vorbereitet.

    mehr lesen: Ein Tag ohne Internet und alles steht still

  • Heitec übernimmt Artschwager + Kohl

    Heitec übernimmt Artschwager + Kohl

    Artschwager + Kohl Software ist seit Januar 2026 Teil der Heitec-Gruppe.

    mehr lesen: Heitec übernimmt Artschwager + Kohl

  • Lantek expandiert nach Kanada

    Lantek expandiert nach Kanada

    Lantek, Anbieter von Software für die metallverarbeitende Industrie, gibt die Eröffnung einer Niederlassung in Kanada als Teil seiner Wachstumsstrategie in Nordamerika bekannt.

    mehr lesen: Lantek expandiert nach Kanada

  • All for One Group beteiligt sich an BrightFlare

    All for One Group beteiligt sich an BrightFlare

    Die All for One Group, ein IT-, Consulting- und Service-Provider aus Filderstadt, beteiligt sich an dem österreichischen Cybersecurity-Spezialisten BrightFlare.

    mehr lesen: All for One Group beteiligt sich an BrightFlare