Der digitale Zwilling für die Bahnindustrie
Siemens Mobility treibt die Einführung des umfassenden digitalen Zwillings für die Bahnindustrie voran: er deckt den gesamten Lebenszyklus eines Assets ab und ermöglicht Verbesserungen im Engineering, Kosteneinsparungen sowie vorausschauende Wartung. Im Zeitalter der KI wird zudem die Qualität der Daten immer wichtiger. Entdecken Sie den umfassenden digitalen Zwilling von Siemens Mobility.
Der umfassende digitale Zwilling und das Industrial Metaverse
Die Vorteile des umfassenden digitalen Zwillings und des Industrial Metaverse von Siemens für die Bahnindustrie
In der Bahnindustrie adressieren der umfassende digitale Zwilling und das Industrial Metaverse die besonderen Herausforderungen langlebiger Assets wie Schienenfahrzeuge und Bahninfrastruktur. Der umfassende digitale Zwilling wird kontinuierlich mit Echtzeitdaten aus vernetzten Sensoren versorgt und fortlaufend aktualisiert. Dadurch bietet er Vorteile, die weit über die Engineering-Phase hinausgehen. Er unterstützt das Anforderungsmanagement und die Entwicklung ebenso wie die Fertigung, die Installation und den jahrzehntelangen Betrieb. Gleichzeitig fließen Betriebsdaten in die Weiterentwicklung zukünftiger Designs ein. Selbst während des Recyclings bleibt der digitale Zwilling ein wertvolles Werkzeug.
Lassen Sie uns einen Blick auf die drei zentralen Säulen des umfassenden digitalen Zwillings – den digitalen Zwilling des Produkts, den digitalen Zwilling der Produktion und den digitalen Zwilling der Performance – sowie das Industrial Metaverse werfen.
Der digitale Zwilling des Produkts
Der digitale Zwilling des Produkts beinhaltet die Konstruktion, Mechanik, Elektronik und Software. Er ermöglicht es Ingenieuren, Produkte zu simulieren und zu validieren, bevor diese physisch existieren.
Anwendung: Model-Based Systems Engineering (MBSE)
Anstelle dokumentenbasierter Anforderungen ermöglicht der digitale Zwilling des Produkts die Arbeit mit einem durchgängig vernetzten digitalen Modell. Änderungen am mechanischen Design weisen dadurch automatisch auf mögliche Konflikte in der Elektrik oder Software hin.
Anwendung: Virtual Commissioning
Der digitale Zwilling des Produkts ermöglicht Software-in-the-Loop-(SiL)- und Hardware-in-the-Loop-(HiL)-Tests. So kann beispielsweise die Steuerungssoftware für Antriebs- oder Türsysteme bereits vor dem Bau physischer Prototypen anhand eines virtuellen kinematischen Modells validiert werden. Integrationsfehler lassen sich dadurch frühzeitig in der Entwicklungsphase erkennen.
Der digitale Zwilling der Produktion
Der digitale Zwilling der Produktion umfasst die Fertigung von Schienenfahrzeugen sowie die physische Errichtung von Bahninfrastruktur. Er simuliert Fertigungslinien, Automatisierung, Logistik und Arbeitsabläufe, um die Produktion effizienter zu gestalten.
Anwendung: Fabriksimulation
Ein digitales Modell der Produktionsanlagen wird erstellt, um Montageabläufe, Materialflüsse und ergonomische Aspekte zu validieren. So können Fertigungsingenieure Taktzeiten und Fabriklayouts bereits vor dem Produktionsanlauf optimieren.
Anwendung: Infrastrukturinstallation
Bei Turnkey-Projekten nutzt der digitale Zwilling der Produktion Daten aus dem Building Information Modeling (BIM), um die Installation von Streckenausrüstung, Signalbrücken und Oberleitungssystemen zu simulieren. Das reduziert Kollisionen und Verzögerungen auf der Baustelle.
Der digitale Zwilling der Performance
Der digitale Zwilling der Performance bildet den aktuellen Betriebszustand eines Assets ab. Mithilfe von IoT-Daten, beispielsweise aus Railigent X, unterstützt er den Übergang von zeitbasierter zu zustandsbasierter Instandhaltung – etwa auf Basis von Echtzeit-Zustandsdaten aus Sensoren.
Anwendung: Analyse von Betriebsdaten
Echtzeitdaten aus Sensoren werden mit dem digitalen Modell verknüpft, um den Verschleiß von Komponenten wie Lagern oder Türsystemen zu überwachen. So lassen sich Ausfälle frühzeitig vorhersagen und Wartungsmaßnahmen auf Basis des tatsächlichen Zustands statt fester Wartungsintervalle planen.
Anwendung: Closed-Loop Engineering
Im Betrieb erfasste Daten werden an die Entwicklungsteams zurückgespielt und für den digitalen Zwilling des Produkts genutzt. Im Feld beobachtete Fehlerbilder liefern wertvolle Erkenntnisse, um das Design zukünftiger Fahrzeuggenerationen oder bestehender Flotten kontinuierlich zu verbessern.
Das Industrial Metaverse
Das Industrial Metaverse dient als Visualisierungsebene, die komplexe Daten aus den digitalen Zwillingen in einem räumlichen Kontext verständlich und zugänglich macht.
Anwendung: Design Review & Stakeholder Alignment
Das Industrial Metaverse ersetzt statische Renderings durch immersive Echtzeitumgebungen im Maßstab 1:1. Entwicklungsteams und Kunden können Ergonomie, Sichtverhältnisse und Anforderungen an die Barrierefreiheit räumlich beurteilen, was den Bedarf an physischen Mock-ups reduziert.
Anwendung: Remote Expert & Training
Das Industrial Metaverse ermöglicht standortunabhängige Zusammenarbeit. Servicetechniker können Reparaturanweisungen per Augmented Reality direkt auf physische Assets projizieren oder in Virtual-Reality-Umgebungen trainieren, die komplexe oder gefährliche Szenarien realitätsnah und ohne Risiken für Assets oder Personal simulieren.
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Der digitale Zwilling für Bahninfrastruktur
WebXR-Technologie: Bahninfrastruktur erkunden, ohne den Schreibtisch zu verlassen
Die WebXR-Technologie ermöglicht eine browserbasierte, interaktive 3D-Umgebung, in der Sie Bahninfrastruktur-Assets sowie deren Funktionsweise näher kennenlernen können. Die App nutzt Daten aus dem Produktzwilling, um Funktionen, Montage und Instandhaltung anschaulich zu vermitteln. Sie eignet sich sowohl für Onboarding und Schulungen als auch für Präsentationen gegenüber Partnern und Kunden.
vTrainS: Automatisierte Erstellung digitaler Zwillinge von Umgebung und Gleisinfrastruktur aus BIM-Daten
Die digitalen Zwillinge können für Schulungen, Simulationen und die operative Vorbereitung genutzt werden, ohne die reale Infrastruktur zu blockieren. Der Detaillierungsgrad lässt sich flexibel anpassen und die digitalen Zwillinge sind mit Simulatoren sowie operativen Systemen kompatibel.
Der digitale Zwilling für Schienenfahrzeuge
Digitale Fahrzeugentwicklung: Die Badewannenkurve mit Instandhaltungsverträgen über den gesamten Lebenszyklus hinweg beherrschen
Wenn ein neu entwickeltes Fahrzeug in Betrieb geht, dauert es oft Jahre, bis technische Schwierigkeiten oder systematische Fehler erkannt und behoben werden. Hier setzt der digitale Zwilling an: Durch die frühzeitige Simulation des Betriebs können solche Probleme bereits vor der Inbetriebnahme erkannt und behoben werden. Darüber hinaus kann der digitale Zwilling genutzt werden, um Fahrsimulatoren für die Ausbildung von Triebfahrzeugführern zu verbessern.
Zusammenarbeit mit der TU Graz: Zukunftssichere Mobilität durch digitale Zwillinge
Gemeinsam mit der TU Graz entwickelt Siemens Mobility innovative Komponenten und Leichtbaustrukturen, beispielsweise aus hochfesten Stählen – darunter das Leichtbau-Drehgestell für unseren Kunden ÖBB. Im Rahmen dieses Projekts kommen neue Prüfverfahren zum Einsatz, etwa zur Simulation mechanischer Spannungszustände von Werkstoffen.
Der digitale Zwilling für Bahnservices
EMS & Railigent X: Fortschrittliche Predictive Analytics für Bahnkomponenten
Werden Messdaten aus den Vehicle Equipment Measurement Systems (VEMS) in Railigent X integriert, entsteht ein umfassender digitaler Zwilling, der sich mit jedem Zug kontinuierlich weiterentwickelt. Diese Integration ermöglicht den Übergang von einer einfachen Zustandsüberwachung hin zu leistungsfähigen Predictive-Analytics-Anwendungen – einschließlich frühzeitiger Fehlererkennung, Bewertung des Zustands für die kurzfristige Planung sowie Berechnung der verbleibenden Nutzungsdauer zur mittelfristigen Instandhaltungsplanung. Dank eines offenen Ökosystems können Daten sicher zwischen allen Beteiligten ausgetauscht werden. Das senkt die Lebenszykluskosten und unterstützt das Ziel einer Flottenverfügbarkeit von 100 %.
Der digitale Zwilling für Software
TPS: Optimierte Fahrplanerstellung, Disposition und Koordination von Gleisbaumaßnahmen
Die Software TPS (Train Planning System) nutzt die Technologie des digitalen Zwillings als Kern ihrer Anwendungen. Für jedes Schienennetz erstellt TPS ein hochdetailliertes digitales Abbild der gesamten Bahninfrastruktur – von Gleisen und Weichen über Signale bis hin zu weiteren relevanten Anlagen. Dieses virtuelle Modell bildet die Grundlage für die Fahrplanerstellung (TPS.plan), die Betriebsdisposition in Echtzeit (TPS.live) sowie die Koordination von Gleisbaumaßnahmen (TPS.trackworks). Dadurch können Disposition und Betriebsabläufe gezielt optimiert werden.
Digitale Zwillinge verändern den Lebenszyklus von Bahnsystemen
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