Im Fokus: Der digitale Zwilling

Als virtuelle Abbilder von realen Produkten und Dienstleistungen sind digitale Zwillinge heutzutage unverzichtbar auf dem Weg zur digitalen Fabrik.

Virtuell ermitteln, was reale Prozesse optimiert

Moderne Produktionsumgebungen nutzen virtuelle Abbilder von Produkten, Dienstleistungen und Prozessen, um Abläufe auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette zu optimieren. Voraussetzung für die Darstellung dieser sogenannten digitalen Zwillinge sind reale Daten, die von Sensoren erfasst und digital analysiert werden. Die aus den Daten gewonnen Informationen fließen in das virtuelle Modell ein, das somit beinahe in Echtzeit ein den realen physikalischen Zustands visualisiert. Der digitale Zwilling zeigt auf, wann und wo in der realen Welt Probleme auftreten oder Prozesse optimiert werden können, und gibt diese Erkenntnisse zurück an die physikalische Umgebung. In dieser Schleife von der physikalischen zur digitalen Welt und zurück zur physikalischen Umgebung sieht Deloitte Insights, den Grundstein für die Industrie 4.0.

Dass digitale Zwillinge in der Industrie längst angekommen sind, zeigen große Firmen wie der amerikanische Elektroautopionier Tesla und der brasilianische Traktorhersteller Stara. Tesla kann die Leistung seiner Autos per Softwareupdate steigern – auch lange nach dem Kauf. Das Unternehmen entwickelt und testet diese Updates im Vorfeld anhand von digitalen Zwillingen. Auch Stara bietet seinen Kunden mit Hilfe digitaler Zwillinge Mehrwerte: IoT-Sensoren in den Traktoren übermitteln dem Hersteller in Echtzeit Betriebsdaten, die Stara überwacht und analysiert. Dadurch lassen sich potenzielle Fehlfunktionen rechtzeitig identifizieren und vermeiden, wodurch die Verfügbarkeit der Traktoren steigt.

Bausteine des digitalen Zwillings

Sensoren und Daten sind zwei von fünf Komponenten, die technische Integration, Analysetechnologien und Aktuatoren komplettieren das Modell des digitalen Zwillings.Daten der realen Prozesse lassen sich durch Sensoren erfassen. Am Beispiel eines Bearbeitungszentrums geben sie zum Beispiel Auskunft über das Drehmoment, die Leistung oder die Positionierung von Werkzeugen und Werkstücken. Sensoren messen auch Umgebungsdaten wie Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit, was in vielen Prozessen eine Rolle spielen kann. Diese Daten sind jedoch nur ein Teil des gesamten Datenmaterials, da auch Umgebungsdaten aus der gesamten Wertschöpfungskette in den digitalen Zwilling einfließen von Auftragsdaten über Materialkosten oder Designspezifikationen bis hin zum Kundenfeedback. Es ist wichtig, schon in der Prozessentwicklung festzulegen, welche Daten für den digitalen Zwilling relevant sind, damit die Datenmenge nicht unnötig groß und folglich unübersichtlich wird. Auch ist es wichtig, diese Daten sinnvoll zu strukturieren, um eine effiziente Weiterverarbeitung zu gewährleisten. Die Speicherung der Daten erfolgt entweder serverseitig oder in der Cloud.

Die technische Integration beschreibt die bidirektionale Kommunikation zwischen der realen und der virtuellen Welt. Dazu zählen die Verarbeitung der Daten in ein für das gesamte System verständliche Format, Kommunikationsschnittstellen, die das Datenmaterial der Sensoren weiterleiten, und die Datensicherheit mit Hilfe von Firewalls, Verschlüsselungen oder Gerätezertifikaten. Sicherheit wird von zunehmender Bedeutung sein, da in Zukunft immer mehr Produkte und Maschinen mit eigenen IP-Adressen versehen werden und dadurch potenziell angreifbar sind.

Analysetechnologien gewinnen über algorithmische Simulationen und Visualisierung Informationen, sogenannte Insights aus den gewonnen Daten, die als Grundlage für Empfehlungen und Entscheidungshilfen dienen. Der digitale Zwilling erkennt anhand dieser Analysen also Abweichungen vom Idealzustand und errechnet Maßnahmen, die den Prozess optimieren. Damit diese Maßnahmen auch in der realen Welt ausgeführt werden, sind im dortigen Prozess Aktuatoren installiert, die die Aktionen initiieren. Diese können beispielsweise hydraulisch, elektrisch oder mechanisch arbeiten. Mit der Ausführung der Aktionen, die der digitale Zwilling empfohlen hat, schließt sich der Kreis von der physikalischen Welt in die digitale und zurück zur physikalischen Welt.

Mehrwerte durch digitale Zwillinge

Zunehmende Rechenleistung und stetig wachsende Speicherkapazitäten sorgen dafür, dass immer mehr digitale Zwillinge in Industrie und Wirtschaft Einzug finden werden. Schließlich bieten sie auf vielen Ebenen spürbare Mehrwerte. Sie tragen dazu bei, die Qualität von Produkten und Dienstleistungen zu verbessern, sie helfen Betriebs- und Servicekosten zu senken, sie vereinfachen die digitale Dokumentation von Fertigungsprozessen und sie unterstützen Hersteller bei der Einführung von neuen Produkten – mit Blick sowohl auf die Geschwindigkeit als auch auf die Kosten. Auf dem Weg zu intelligenten Fabriken und vernetzten Produktionssystemen bilden Digitale Zwillinge damit eine Kerntechnologie mit enormem Potenzial für die Gestaltung zukünftiger Wertschöpfungsnetzwerke.

 

Bild © Wrightstudio | Dreamstime.com
Autor / Quelle: Sascha Dietze
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