Konstruktionsleiter-Forum 2023 Wie der digitale Zwilling Mehrwert schafft – eine Nutzensystematik

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Der digitale Zwilling verspricht – richtig eingesetzt – einen hohen Nutzen für Unternehmen. Doch die Einführung ist kein Kinderspiel. Ein Geschäftsmodellierungsansatz mit konkretem Zielbild und stufenweiser Roadmap kann helfen.

Im Zuge von Digitalisierung und Industrie 4.0 haben sich digitale Zwillinge zu einem der wichtigsten Konzepte in der Entwicklung, Produktion und dem Betrieb technischer Produkte entwickelt. Allerdings haben Unternehmen nach wie vor oft Schwierigkeiten bei der Konzeption und Implementierung eines digitalen Zwillings. Die Herausforderungen, denen man sich hierbei stellen muss sind vielfältig – fehlendes Knowhow, ungenügende Rechenleistung, Datensilos, Brüche in der IT-Architektur und vieles mehr. Häufig fehlt insbesondere ein Vorgehensmodell für die Einführung digitaler Zwillinge. Es bedarf einer stufenweisen Roadmap mit einem konkreten Zielbild, um die konkrete Umsetzung zu ermöglichen.

Was die Einführung digitaler Zwilling behindert

In einer Online-Umfrage der Technischen Universität München haben Trauer et al. (2022) herausgefunden, dass es für die meisten technischen Barrieren inzwischen Lösungen gibt. Nicht-technische Herausforderungen hingegen, wie beispielsweise fehlendes Vertrauen oder Widerstände im Team, sind inzwischen mindestens genauso hinderlich bei der Einführung eines digitalen Zwillings.

Ein Aspekt dieser nicht-technischen Probleme ist valide, verständlich und überzeugend den Nutzen eines digitalen Zwillings zu formulieren. Digitale Zwillinge ermöglichen, aber benötigen auch vollkommen neue Geschäftsmodelle. Wie auch bei anderen digitalen Produkten benötigen Geschäftsmodelle digitaler Zwillinge andere Kosten- und Gewinnstrukturen, da nicht das physische Produkt im Vordergrund steht, sondern eher der angebotene Service. Häufig sind die Kunden ausschließlich intern, was bedeutet, dass keine direkten zusätzlichen Einnahmen durch den digitalen Zwilling generiert werden.

Wie der digitale Zwilling Mehrwert schafft

Der Mehrwert des digitalen Zwillings ist vielschichtig und es gestaltet sich äußerst schwierig, alle indirekten Effekte und deren Wechselwirkungen zu identifizieren. Des Weiteren ist es oft eine komplexe Aufgabe, die identifizierten Mehrwerte quantitativ zu beziffern. Um diesen Bedarfen entgegenzutreten wurde ein Geschäftsmodellierungsansatz von Trauer et al. (2023) erarbeitet. Das dazugehörige Business Modelling Canvas ist in Abbildung 1 dargestellt. Um das Geschäftsmodell zu erstellen werden zehn Schritte durchlaufen:

• (1) Ein grundlegenden Entwicklungskonzepts des digitalen Zwillings wird beschrieben,

• (2) die Kundensegmente, sowie deren Bedürfnisse und Herausforderungen werden identifiziert,

• (3) ein Wertversprechen wird abgeleitet,

• (4) Einnahmequellen bzw. der geschaffene Mehrwehrt sollen identifiziert werden,

• (5) die notwendigen Schlüsselaktivitäten zur Konzeption und zum Betrieb des Digitalen Zwillings müssen dokumentiert werden,

• (6) benötigte Ressourcen und (7) notwendige Partner müssen identifiziert und bereitgestellt werden.

• Zu guter Letzt kann die Organisation an das Geschäftsmodell angepasst (8) und (9) die Kostenstruktur des Projekts evaluiert werden.

• Im letzten Schritt wird das Geschäftsmodell dokumentiert und an alle beteiligten Stakeholder kommuniziert (10).

Jeder Schritt wird durch unterstützende Methoden, Werkzeuge und Aktivitätsbeschreibungen begleitet. Dieser Ansatz von Trauer et al. (2023) wurde bereits auf eine wissenschaftliche Fallstudie angewendet, in der die allgemeine Anwendbarkeit und Nützlichkeit des Ansatzes bestätigt werden konnten.

Mehr Umsatz, weniger Kosten, mehr Nachhaltigkeit – mit digitalem Zwilling

Kern eines jeden Geschäftsmodells ist das sogenannte Wertversprechen. Eben dieses zu beschreiben, stellt sich bei digitalen Zwillingen oft als schwierig heraus. Um diese Hürde zu reduzieren, wurde in einer Kooperation der Technischen Universität München und der :em engineering methods AG, akademische Expertise mit Praxiswissen aus Beratungsprojekten kombiniert, um ein „Digital Twin Value Framework“ zu entwickeln (Christ et al., 2022). Das Framework bündelt die Ergebnisse einer Literaturanalyse, einer akademischen Fallstudie sowie mehrerer Expertenworkshops.

Das Digital Twin Value Framework besteht aus vier Ebenen:

• Im Kern stehen drei übergeordnete Ziele, die Unternehmen durch einen digitalen Zwilling erreichen können: Umsatzsteigerung, Kostensenkung oder Nachhaltigkeitsverbesserung.

• Diese Ziele werden auf der zweiten Ebene in weitere Teilziele unterteilt.

• Um konkrete Maßnahmen zur Erreichung der Ziele ableiten zu können, wurden spezifische Mehrwerte digitaler Zwillinge mit diesen Teilzielen auf der dritten Ebene des Modells verknüpft.

• Darüber hinaus wird eine Sammlung exemplarischer Use Cases angeboten, in denen diese Mehrwerte bereits gehoben wurden. Da der Nutzen digitaler Zwillinge oft nur schwer zu quantifizieren ist, wurden Metriken identifiziert, die helfen, die Wirksamkeit der digitalen Zwillinge zu beziffern.

Bild 1 zeigt dies beispielhaft am Use Case „Predictive Maintenance“ in der Produktion. Durch den Einsatz prädiktiver Techniken, die Wartungsbedarf vorhersagen, kann der Nutzen verringerter Stillstandszeiten erreicht werden. Dies führt zu einer erhöhten Produktionseffizienz, die sich anhand der Kennzahl „Overall Equipement Efficiency (OEE)“ berechnen lässt. Dies zahlt auf das Teilziel effizienterer Prozesse ein und somit auf das Gesamtziel, Kosten zu senken. Besonderes Augenmerk wurde hierbei auf die Nachhaltigkeit gelegt.

Digitale Zwillinge effizient und zielgerichtet einführen

Das vorgestellte Framework unterstützt Unternehmen aus dem Engineering sowohl bei der Umsetzung übergeordneter Ziele (top-down) als auch dabei, den Nutzen bestimmter Digital-Twin-Anwendungen greifbar zu machen (bottom-up).

• Für den Top-Down-Ansatz können ausgehend vom Ziel (Umsatzsteigerung, Kostensenkung oder Nachhaltigkeitsverbesserung) über Teilziele und Nutzen passende Use Cases identifiziert werden. Ein Software-Demonstrator der Technischen Universität München schlägt dafür zu jedem Ziel, Teilziel und Nutzen geeignete Umsetzungsmöglichkeiten in Form von Use Cases vor.

• Andererseits ist es mit dem Value Framework möglich, ausgehend von einem geplanten Use-Case, beispielsweise als Output eines Digitalisierungsprojekts, weitere Potenziale und Metriken und Metriken zur Erfolgsmessung abzuleiten, um ggf. nötige Investitionen zu rechtfertigen Da die Vorteile, die digitale Zwillinge bieten, sehr vielfältig und von vielen Faktoren abhängig sind, handelt sich um ein erweiterbares Framework, das eine Übersicht über die Vielzahl an Vorteilen digitaler Zwillinge bietet und als Ausgangspunkt und Kreativitätswerkzeug dient.

Auf Basis der Erfahrungen der :em engineering methods AG haben wir im Rahmen unserer Projekte ein Vorgehensmodell zur konkreten Einführung eines Digitalen Zwillings auf Basis unserer Methodik MBITA®(Model-Based IT Architecture) entwickelt, um anhand eines Zielbilds die konkrete Roadmap und die Schritte zur Umsetzung zu definieren und zu planen. Damit kann eine effiziente und zielgerichtete Einführung und damit die Realisierung der Nutzenpotenziale aus dem Value Framework sichergestellt werden.

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