Optimierung der Produktionsprozesse durch die Integration von Digital Twins und Simulation in der Produktion

Abstract

In ihrer Masterthesis untersucht Julia Holzwart die Rolle von digitalen Zwillingen und Simulationstechnologien bei der Optimierung industrieller Produktionsprozesse. Diese Technologien stehen im Zentrum der digitalen Transformation und Industrie 4.0 und ermöglichen eine präzise Überwachung, Analyse und Steuerung physischer Systeme durch virtuelle Abbilder, diemit Echtzeitdaten synchronisiert werden. Digitale Zwillinge bieten Unternehmen die Möglichkeit, Produktionsabläufe dynamisch zu überwachen und anzupassen, während Simulationen verschiedene Szenarien testen und potenzielle Risiken sowie Optimierungsmöglichkeiten identifizieren.Die empirische Untersuchung basiert auf einer Fallstudie bei ZIEHL-ABEGG, einem weltweitführenden Hersteller von Ventilatoren und Antriebssystemen. Das Unternehmen nutzt digitale Infrastrukturen wie IoT-Sensoren, die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS)und das Digitale Typenschild, um Produktionsdaten strukturiert zu erfassen und zu verwalten.Diese Technologien ermöglichen eine höhere Transparenz und Effizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Anwendungsbereiche wie Produktionsplanung, Predictive Maintenance,Materialflussoptimierung, nachhaltige Ressourcennutzung und Qualitätsmanagement profitieren besonders von der Integration dieser Technologien. Die Fallstudie zeigt, wie ZIEHLABEGG durch digitale Zwillinge und simulationsbasierte Ansätze Produktionsprozesse flexibler und nachhaltiger gestaltet, die Produktivität steigert und die Umweltbelastung reduziert.Neben den Vorteilen identifiziert die Arbeit auch Herausforderungen bei der Implementierung,wie die Sicherstellung der Datenqualität, die Integration heterogener IT-Systeme, die Einhaltung globaler Standards und die hohen Investitionskosten. Zudem erfordert die Einführung dieser Technologien organisatorische Anpassungen, interdisziplinäre Zusammenarbeit und die Schulung von Mitarbeitenden.Die Arbeit formuliert praktische und strategische Handlungsempfehlungen, darunter die Standardisierung von Datenmodellen, den Ausbau digitaler Infrastrukturen, die Förderung von digitalen Kompetenzen und die Durchführung von Pilotprojekten. Diese Maßnahmen sollen Unternehmen dabei unterstützen, die Vorteile von digitalen Zwillingen und Simulationen voll auszuschöpfen und langfristige Wettbewerbsvorteile zu erzielen.Abschließend zeigt die Arbeit, dass digitale Zwillinge und Simulationstechnologien eine Schlüsselrolle in der Industrie 4.0 spielen und Unternehmen dabei helfen können, Produktionsprozesse effizienter, flexibler und nachhaltiger zu gestalten. Die Ergebnisse bieten wertvolle Erkenntnisse für die Forschung und Praxis der digitalen Transformation und liefern eine Grundlage für weitere Entwicklungen in diesem Bereich.

In her master’s thesis, Julia Holzwart examines the role of digital twins and simulation technologies in optimizing industrial production processes. These technologies are central to digital transformation and Industry 4.0, enabling precise monitoring, analysis and control of physical systems through virtual representations synchronized with real-time data. Digital twins provide companies with the ability to dynamically monitor and adjust production workflows, while simulations test various scenarios and identify potential risks as well as optimization opportunities. The empirical investigation is based on a case study at ZIEHL-ABEGG, a globally leading manufacturer of fans and drive systems. The company leverages digital infrastructures such as IoT sensors, the Asset Administration Shell (AAS) and the Digital Nameplate to structure and manage production data. These technologies enable greater transparency and efficiency across the entire value chain. Application areas such as production planning, predictive maintenance,material flow optimization, sustainable resource management and quality control benefit significantly from the integration of these technologies. The case study illustrates how ZIEHL-ABEGG uses digital twins and simulation-based approaches to make production processes more flexible and sustainable, increase productivity and reduce environmental impact. In addition to the benefits, the study identifies challenges in implementation, including ensuring data quality, integrating heterogeneous IT systems, adhering to global standards and managinghigh investment costs. Furthermore, the introduction of these technologies requires organizational adjustments, interdisciplinary collaboration and employee training.The thesis provides practical and strategic recommendations, including the standardization of data models, the expansion of digital infrastructures, the promotion of digital skills and the execution of pilot projects. These measures aim to help companies fully leverage the advantages of digital twins and simulation technologies, achieving long-term competitive benefits. Ultimately, the study demonstrates that digital twins and simulation technologies play a crucialrole in Industry 4.0 and can assist companies in making production processes more efficient, flexible and sustainable. The findings offer valuable insights for both research and practice in the field of digital transformation and serve as a foundation for further developments in this domain.