Industrielle Automatisierungslabore sehen sich oft Einschränkungen hinsichtlich des eingeschränkten Zugangs zu Industrieanlagen, Sicherheitsvorgaben und begrenzter Skalierbarkeit für praktische Experimente gegenüber. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, schlägt diese Arbeit eine Echtzeit-Multi-Layer-Digital-Twin-Architektur vor, die eine physische Siemens S7-1500 SPS, eine immersive Unity-basierte virtuelle Umgebung, HMI-Überwachung und IoT-fähige Fernüberwachung innerhalb eines einheitlichen Kommunikationsrahmens integriert. Die Architektur ist in physische, digitale und Integrationsschichten untergliedert und ermöglicht modulare Skalierbarkeit sowie bidirektionale Synchronisation zwischen dem physischen Prozess und seiner virtuellen Darstellung durch Ethernet TCP/IP-Kommunikation. Die Systemleistung wurde unter Verwendung von Synchronisationsmetriken wie Kommunikationslatenz, Jitter, deterministischer Timing-Abweichung und Ereignissynchronisationsgenauigkeit bewertet. Experimentelle Ergebnisse zeigten eine stabile Kommunikation zwischen SPS und Digital Twin mit durchschnittlichen Latenzen unter 15 ms und Jitter unter 0,5 ms, was eine zuverlässige Echtzeiteinwirkung während des kontinuierlichen Betriebs gewährleistet. Eine vergleichende Bewertung mit Ingenieurstudierenden zeigte zudem verbesserte Lernbedingungen, mit einer hohen wahrgenommenen Benutzerfreundlichkeit (SUS = 86/100) und einem reduzierten kognitiven Arbeitsaufwand (NASA-TLX = 34/100). Diese Ergebnisse bestätigen die Effektivität der vorgeschlagenen Architektur als skalierbare Plattform für Schulungsumgebungen der Industrie 4.0.
Ortiz et al. (Tue,) untersuchten diese Frage.