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Das Thema Digitaler Zwilling ist heutzutage aus keinem Industriezweig mehr wegzudenken. Die steigenden Rechner- und Netzwerkkapazitäten ermöglichen immer umfangreichere und realitätsnähere Simulationen von Prozessen und Anlagen. Ebenso steigt die Komplexität verfahrenstechnischer Anlagen und deren Steuerungen. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten ist es notwendig, die Schulung der Anlagenbedienenden an diese Gegebenheiten anzupassen. Die Kanzler Verfahrenstechnik GmbH entwickelt und errichtet prozesstechnische Anlagen auf der ganzen Welt und ist dabei auch für die Ausbildung der Anlagenbediener*innen verantwortlich. Der bisherige Prozess sieht vor, auf Basis eines Frontalvortrags und Erklärens einzelner Anlagenfunktionen, den Bedienenden ein möglichst genaues Bild der Anlage und der damit verbundenen Gefährdungen, stofflicher oder physikalischer Natur, zu vermitteln. Die Sprachbarriere sowie die nur eingeschränkt vorhandenen Möglichkeiten, diese Gefährdungen im realen Betrieb zu zeigen, veranlassen das Unternehmen dazu, einen alternativen Schulungsprozess zu suchen. Die Integration eines digitalen Zwillings als Schulungsobjekt ist daher eine naheliegende Lösung, die im Lauf dieser Arbeit auf ihre Anwendbarkeit im Unternehmensumfeld überprüft wird. Die Imitation einzelner Komponenten als virtuelles Funktionsmodell einer Anlage soll den Anlagenbediener*innen ein besseres Situationsbewusstsein verschaffen, um die unzähligen Funktionen und Zustände jederzeit verstehen und nachvollziehen zu können und im Falle des Falles eine Gefahrensituation bereits in der Entstehung zu unterbinden. Um einen digitalen Zwilling erfolgreich in die Unternehmenstätigkeit zu integrieren, werden am Ende dieser Arbeit einige Rahmenbedingungen definiert, die es zu beachten gilt. Ebenso sind weitere Anwendungsgebiete die einen Mehrwert für das Unternehmen bieten in den abschließenden Betrachtungen nachzulesen.

Der Einsatz von digitalen Zwillingen hat in den letzten Jahren den Bereich der virtuellen Inbetriebnahme und deren Einsatz für Automatisierungssysteme stark beeinflusst. Dadurch können Anlagen getestet, optimiert und virtuell in Betrieb genommen werden, auch wenn sie noch nicht oder nur teilweise physisch vorhanden sind. Die Implementierung und der richtige Einsatz eines digitalen Zwillings spart Zeit und erhöht die Rentabilität. Im Mechanical Engineering & Robotics Lab der Studienrichtung Automatisierungstechnik an der FH CAMPUS 02 ist der Einsatz von physikalischen Anlagenkomponenten nur bedingt möglich. Ziel dieser Arbeit ist es, mit der Software Tecnomatix Process Simulate von Siemens einen digitalen Zwilling eines Förderbandes zu erstellen und diesen mit vorhandenen physikalischen Anlagenteilen zu verbinden. Es soll ein Hybrid aus virtuellen und realen Anlagenteilen entstehen, der zu Testzwecken eingesetzt werden kann. Zu Beginn der Arbeit werden Modelle für die Erstellung eines digitalen Zwillings ausgewählt und Modelle zur Kopplung von realen und virtuellen Komponenten untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass ein Hardware-in-the-Loop-Modell für eine solche Kopplung am besten geeignet ist. Resultierend aus den Ergebnissen der Untersuchungen wird ein digitaler Zwilling in Process Simulate erstellt und eine gewisse Intelligenz in Form von Sensorlogik, Operationen, Materialfluss und Signaleinund -ausgängen erlernt. Anschließend wird dieser Zwilling mit einer realen speicherprogrammierbaren Steuerung unter Verwendung des Hardware-in-the-Loop-Modells gekoppelt und getestet. Aufgrund der Versuche mit den gekoppelten Komponenten, bestehend aus virtuellen und realen Anlagenteilen, kann diese Art eines digitalen Zwillings an der FH CAMPUS 02 durchaus für die vorgesehenen Zweck eingesetzt werden.