Digitaler Zwilling

Digitale Modelle und Realität verschmelzen

| Autor / Redakteur: Christoph Plass / Redaktion IoT

Digitaler Zwilling
Digitaler Zwilling (Photo by Ari He on Unsplash)

Mit dem Digitalen Zwilling verschmelzen digitale Modelle mit echten Zustandsdaten. Aktuell wird das Thema intensiv in Wissenschaft und Forschung diskutiert. Wie profitieren Unternehmen von diesem Konzept?

Die Diskussionen zum Thema Digitaler Zwilling werden auch von Unternehmen genauestens verfolgt, die aus den bislang theoretischen Konzepten realen Nutzen ziehen wollen. Denn der Digitale Zwilling verspricht vielfältige Anwendungsfälle, die Fabriken leistungsfähiger und Produkte kundenorientierter machen können. Die Unternehmen arbeiten an der Umsetzung des Konzepts und bereiten ihre Prozesse und Systeme auf den Einsatz des Digitalen Zwillings vor.

Was ist neu am Konzept "Digitaler Zwilling"?

Es ist längst Standard, dass Industrieunternehmen auf digitale Modelle zurückgreifen: beispielsweise in der Produktentwicklung (CAD) oder in der Planung von Produktionsanlagen (Design Review). Alle aktuellen Anwendungsfälle kommen im Vorfeld der konkreten Nutzung des Produkts oder Produktionsmittels zum Einsatz. Das Konzept des Digitalen Zwillings geht weit über dieses Modellverständnis hinaus, da es in der Nutzungsphase eines Produkts oder einer Produktionsanlage ansetzt. Beim Digitalen Zwilling werden das reale Produkt und das digitale Abbild erstmals direkt miteinander verknüpft. So wird ein virtuelles Abbild der Realität geschaffen, das den echten Zustand eines realen Produkts darstellt. So lassen sich individuelle Untersuchungen und Tests durchführen und beispielsweise durch Simulation verbesserte Konfigurationen ermitteln.

Eine beidseitige Synchronisierung des realen Produkts und des digitalen Abbilds bietet ein großes Optimierungspotenzial, da die durch die Simulation gewonnen Konfigurationen am realen Produkt direkt umgesetzt werden können.

Beschleunigter Optimierungszyklus

Eine Datenerfassung und -übertragung kann nahezu in Echtzeit erfolgen, sodass auch der gesamte Optimierungszyklus automatisiert und beschleunigt werden kann. Auch die Simulation und eine Rückkopplung der Ergebnisse können je nach Anwendungsfall automatisiert werden.

Unabhängig davon, ob der Digitale Zwilling im Consumer-Markt oder für Produktionsanlagen beziehungsweise ganze Produktionssysteme eingesetzt wird: das Ziel ist immer die Verbesserung der Leistungsfähigkeit des realen Produkts.

Konzept des Digitalen Zwillings (Quelle: UNITY AG)

Im B2C-Bereich ermöglicht der Digitale Zwilling neue Geschäftsmodelle: zum Beispiel durch eine Leistungssteigerung nach dem Verkauf des Produkts oder der Verkauf des Digitalen Zwillings selbst. Letzteres ermöglicht dem Kunden, sein Produkt eigenständig zu optimieren und zu individualisieren. Seine Anpassungen kann er im Vorfeld mithilfe einer Simulation absichern.

Im B2B-Bereich zielt der Einsatz eines Digitalen Zwillings ebenfalls auf die stetige Leistungssteigerung der Anlage ab. So können die Prozessdaten der gesamten Nutzungsdauer einer Maschine auf das digitale Abbild übertragen werden. Damit können alternative Produktionsszenarien und Fertigungsparameter simuliert werden. Die optimierten Anlagenkonfigurationen können dann – zum Beispiel zur Verlängerung der Werkzeugstandzeiten – zurück an die reale Maschine übertragen werden, ohne dass es zu langen Produktionsunterbrechungen kommt. Diese auf Realdaten basierende Simulation kann zukünftig auch automatisch in Echtzeit erfolgen und eine stetige Optimierung ermöglichen. So könnte der Abfall bestimmter Leistungskennzahlen eine Simulation mit geänderten Parametern auslösen und zu einer Optimierung führen. Auch in einem Fertigungsnetzwerk lassen sich durch die Verknüpfung mit dem geplanten Produktionsprogramm Leistungsgrenzen und Engpässe frühzeitig erkennen und Gegenmaßnahmen einleiten. Weitere Geschäftsmodelle für Anlagenhersteller ergeben sich aus dem Verkauf der Fertigungsleistungen einer Maschine.

Chance jetzt ergreifen – Digitalen Zwilling umsetzen

Der Digitale Zwilling bietet großes Potenzial für eine industrielle Nutzung. Die Verbreitung nimmt zu und die fortschreitende Digitalisierung und die Einführung der Industrie 4.0 erhöhen die Realisierbarkeit des Konzepts. Die stetige Verkleinerung von Sensoren und Prozessoren erhöht die Verfügbarkeit von Echtzeit-Zustandsdaten; die Vernetzung sämtlicher Produktions- und Lebenswelten ermöglicht die Verknüpfung von digitalem Abbild und realem Produkt.
Erste Beispiele aus der Praxis zeigen, dass Unternehmen sich bereits auf vielfältige Weise mit dem Digitalen Zwilling beschäftigen: PTC stellte 2015 ein Mountainbike vor, dessen Feder- und Dämpfungsparameter auf Basis erfasster und ausgewerteter Daten gesteuert wurden. Das Federverhalten wurde simulativ optimiert, auch eine Konfiguration per Smartphone-App war möglich. Daneben stellte General Electric einen Windpark vor, der sich anhand aktueller Wetter- und Winddaten selbst optimiert. 

Beide Unternehmen haben Lösungen gefunden, um große Datenmengen innerhalb kürzester Zeit aufzunehmen und zu verarbeiten. Der Digitale Zwilling und das reale Produkt müssen permanent aktuell gehalten werden und in der Softwarekonfiguration synchronisiert sein. 

Für Unternehmen ist es höchste Zeit, die Chance aus einer gesteigerten Leistungsfähigkeit, angepasstem Produktverhalten und Datengenerierung zu ergreifen und die eigenen Produkte und Produktionsmittel fit für die Zukunft zu machen und ihre Wettbewerbsfähigkeit so langfristig zu sichern.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel „Vorsprung durch Digitale Zwillinge“ von Moritz Schele und Markus Kühn (UNITY AG), der im Fachmagazin Smart Engineering (Ausgabe 5, 2017) erschienen ist.

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