Digitaler Zwilling

Was ist ein digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling ist eine digitale Darstellung eines Geräts, eines Prozesses oder einer Umgebung, die in der realen Welt existiert. Mit dieser Technologie erstellen Unternehmen virtuelle Kopien von Vermögenswerten, führen genaue Simulationen durch und wenden bewährte Erfolge in der realen Welt an.

Colin J Parris Ph.D., Chief Technology Officer bei GE Digital, beschreibt einen digitalen Zwilling als „lebendiges Modell, das Geschäftsergebnisse vorantreibt”.

Obwohl es sich um eine einfache Erklärung einer komplexen Technologie handelt, funktioniert sie hervorragend. Der digitale Zwilling ist ein lebendes Modell, das sich wie die reale Welt verhält, da es realen Handlungen und Komponenten nachempfunden ist. Unternehmen nutzen die Technologie der digitalen Zwillinge, um ihre Geschäftsabläufe zu untersuchen und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Eine kurze Geschichte der Digital-Twin-Technologie

Die Digital-Twin-Technologie mag wie eine neue Funktion der Industrie 4.0 erscheinen, doch ihre Anfänge reichen bis in die 1970er Jahre zurück, als die NASA das „Twin“-Konzept entwickelte. Allerdings war die Technologie bei ihrer ersten Implementierung noch nicht digital.

1970 verlor die berühmte Apollo-13-Mission auf dem Weg zum Mond ihre Sauerstofftanks. Sowohl im Raumschiff als auch am Boden begann ein Kampf ums Überleben. Angesichts der begrenzten Zeit mussten die NASA-Ingenieure am Boden einen Weg finden, das Problem aus der Ferne zu beheben und das Raumschiff zu reparieren.

Ein Team von Ingenieuren am Boden verwendete einen physischen Zwilling des Raumschiffs, um die Probleme der Apollo-13-Besatzung nachzustellen. Anhand dieser Informationen konnte die NASA die richtigen Lösungen finden und die Astronauten an Bord retten.

Wie das IoT die Digital-Twin-Technologie ermöglicht

Die moderne Digital-Twin-Technologie ist größtenteils von IoT-Sensoren und -Geräten abhängig, die Daten aus der realen Welt erfassen und in die digitale Welt übertragen. Um dieses Maß an Modellierung zu erreichen, müssen einige wesentliche Faktoren gegeben sein.

Kontinuierliche und konsistente Analysen

Zunächst muss die Digital-Twin-Technologie über leistungsstarke und konsistente Analyseprozesse verfügen. Die Daten müssen in Echtzeit erfasst werden, damit sie in jedem Schritt analysiert werden können. Nur dann kann Ihr Digital Twin auf reale Probleme und Lösungen reagieren und Vorhersagen treffen.

Unabhängig von der Größe des Geräts, des Prozesses oder der Umgebung ist die Datenmenge, die für die Erstellung einer vollständigen digitalen Kopie erforderlich ist, enorm. Die Daten müssen so organisiert und strukturiert sein, dass Menschen und Systeme zu jedem Zeitpunkt der Konzeption, der Fertigung und des Betriebs wertvolle Informationen abrufen können.

Mehrschichtige und offene Daten

Da der digitale Zwilling Daten aus zahlreichen Quellen und IoT-Geräten sammelt, müssen diese Daten harmonisch zusammenarbeiten. Mit anderen Worten: Die Informationen müssen ein föderiertes Modell bilden, das aus mehreren Datenebenen besteht, was die Bedeutung unseres ersten wesentlichen Faktors unterstreicht.

Ein mehrschichtiges Modell ermöglicht es außerdem, dass mehrere Maschinen und Geräte miteinander verbunden sind und voneinander lernen, wodurch eine offene Umgebung für einen schnellen Datenfluss und Lernprozesse entsteht.

Kontextbezogene Anwendung

Die Digital-Twin-Technologie erfasst nicht nur die technischen Aspekte einer Maschine, eines Prozesses oder einer Umgebung, sondern ermöglicht es Unternehmen auch, je nach Branchenkontext unterschiedliche Modelle anzuwenden.

So verhalten sich beispielsweise Turbinen für Luft oder Wasser unterschiedlich, liefern unterschiedliche Daten und haben gegensätzliche Ziele. Gleiches gilt für Schneidwerkzeuge, die verschiedene Metalle schneiden, und Pumpen, die den Durchfluss verschiedener Flüssigkeiten verbessern.

Je nach Zweck der Branche muss der digitale Zwilling die einzigartige Umgebung und die Ergebnisse der realen Welt widerspiegeln. Dieser Grad an Differenzierung verschafft Unternehmen unglaubliche Einblicke und Kontrolle über den gesamten Lebenszyklus eines Prozesses oder Produkts.

Die drei Phasen der Digital-Twin-Technologie

Die Digital-Twin-Technologie umfasst drei Phasen. In jeder Phase wird ein komplex modellierter digitaler Zwilling verwendet, um ein Höchstmaß an Konfiguration, Fertigung und Funktionalität zu erreichen.

Phase 1: Design – Planen Sie Ihren Erfolg

In der Designphase haben Sie eine freie Leinwand, auf der Sie Ihre Ideen entwickeln und testen können. Kostspielige Prototypen sind nicht erforderlich.

Die Digital-Twin-Technologie ermöglicht es, physische Elemente wie Stücklisten (BOM) und physische Assets mit digitalen Assets wie Software und Unternehmenswissen zu verbinden. Durch die frühzeitige Zusammenführung der physischen und digitalen Komponenten im Lebenszyklus eines Produkts können Hersteller erfolgreich planen und die Ergebnisse ihrer Entwürfe effizient nachvollziehen.

Mit einem digitalen Zwilling können Hersteller von einem prototyporientierten Design zu einem betriebsorientierten Design übergehen. Diese Ausrichtung stellt sicher, dass Produkte mit klaren Zielen und zuverlässigen Vorgaben entwickelt werden, die bereits digital erreicht wurden.

Phase 2: Bau – Bessere Fertigung

In der Bauphase dreht sich alles um eine bessere Fertigung. Bisher haben wir uns in der Entwurfsphase nur mit dem digitalen Zwilling eines einzigen Produkts befasst. In der Bauphase sollten jedoch idealerweise auch die Maschinen und Prozesse, die zur Herstellung des Produkts verwendet werden, auf einen digitalen Zwilling zugreifen. Durch den Einsatz von IoT-Geräten und -Tools in der Fertigung erhalten Unternehmen ein besseres Verständnis dafür, wie sich jede einzelne Maßnahme auf die Bauphase auswirkt.

Die digitale Zwillingstechnologie liefert Ihnen während der Bauphase verschiedene Erkenntnisse:

1. Wie sich Ihre Fertigungsprozesse auf die Ergebnisse des Produkts auswirken.
2. Die spezifischen Belastungen und Toleranzen des Designs und der Fertigung.
3. Welche Maßnahmen sind erforderlich, um die richtigen Ergebnisse zu erzielen?

Phase 3: Betrieb – Echtzeitinformationen

In der Betriebsphase wird das Produkt in der realen Welt eingesetzt, wobei durch Echtzeitüberwachung weiterhin optimale Leistungsziele eingehalten werden. Mithilfe von IoT-Sensoren extrapoliert und misst der digitale Zwilling Faktoren, die die Funktionen und Ergebnisse des Produkts verändern.

Nehmen wir beispielsweise an, dass es sich bei dem Produkt um ein Turbinentriebwerk für ein Verkehrsflugzeug handelt. Je nach Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windgeschwindigkeit muss das Turbinentriebwerk unterschiedlich funktionieren, um eine optimale Leistung zu erzielen.

Die digitale Zwillingstechnologie schafft eine Umgebung mit ständigem Informationsaustausch zwischen der physischen und der digitalen Welt. Menschen und Systeme können diese Technologie nutzen, um Einblicke in Informationen und Wissen zu gewinnen, die ihnen zuvor nicht zugänglich waren.

Was die Betriebsphase auszeichnet, ist die Zeit. Diese Phase ist in der Regel der längste Teil des Produktlebenszyklus, was bedeutet, dass es unglaubliche Möglichkeiten zum Lernen, Wachsen und kontinuierlichen Verbessern gibt. Die erfassten Prozessdaten werden dann verwendet, um die Betriebsphase sowie die Konstruktions- und Fertigungsphasen nachfolgender Projekte zu verbessern.