Aufbau und Funktionsweise in der kompakten Zusammenfassung

Grundsätzlich besteht ein digitaler Zwilling aus diesen Elementen:

• reales Objekt, das abgebildet werden soll

• virtueller Darstellungsraum

• Daten für relevante Umgebungsbedingungen

Die individuelle Erstellung eines Zwillings erfolgt mit Hilfe von Echtzeitdaten eines vorhandenen realen Objekts. Auf dieser Basis werden Algorithmen erstellt, die dann in einen digitalisierten Darstellungsraum überführt werden. In der Praxis kommt es oft vor, dass ein digitaler Zwilling modular konzipiert ist. Er setzt sich insofern je nach Komplexität des realen Objekts aus mehrere digitalen Zwillingen zusammen. Wird ein solcher digitaler Avatar beispielsweise in der Autoindustrie eingesetzt, so können die verschiedenen Bauteile jeweils einen eigenen Zwilling darstellen.

Generell kann ein digitaler Zwilling sehr viele verschiedene Formen/Funktionen annehmen, was eine einheitliche Definition erschwert. So kann ein solcher digitaler Avatar beispielsweise auf einem Funktionsmodell aufbauen, das relevante mechanische, elektronische oder weitere Eigenschaften erfasst.

Bei industriellen Produktionsanlagen werden in der Regel diese drei Einzelzwillinge unterschieden:

1. Digitaler Zwilling als 3D- oder CAD-Modell

2. Digitaler Zwilling in der Gestalt von Werkzeugen, Maschinen oder auch Programmen

3. Digitaler Leistungs- und/oder Ausführungszwilling in der Gestalt von Kennzahlen (z.B. Qualitätskriterien, Liefer- und Produktionszeiten)

Gerade bei sehr komplexen Anwendungen, wie sie im Zeitalter der Industrie 4.0 immer öfter vorkommen, fallen bei einem digitalen Zwilling sehr grosse Datenmengen an. In diesem Kontext ist auch von 'Big Data' die Rede. Für die Umsetzung und Nutzung sind entsprechend leistungsstarke Datenbanktechniken notwendig.

Wie kann ein digitaler Zwilling eingesetzt werden?

Ein Blick auf die wirtschaftliche Praxis zeigt, dass solche Avatare vor allem in der Produktionstechnik eingesetzt werden, und zwar je nach Bedarf über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes bzw. einer Maschine.

Besonders in der Designphase erweist sich ein digitaler Zwilling als grosse Hilfestellung: Komplexe Anforderungen können berücksichtigt oder umgesetzt werden, ohne dass es der kostenintensiven Erstellung realer Prototypen bedarf. An dieser Stelle wird deutlich, dass ein solcher Zwilling die moderne, digitalisierte Form des traditionell eingesetzten Prototyps ist. Durch Simulationen und diverse Tests kann geprüft werden, welche Designalternative oder technische Konfiguration gegenüber Alternativen überlegen ist. In der nachfolgenden Produktionsphase lässt er sich nutzen, um den jeweiligen Prozess effizienter und mit höchsten Qualitätsmassstäben umzusetzen. Auch in der Nutzungs- sowie Wiederverwertungsphase lässt sich das erstellte digitale Modell nutzen. Insofern wird deutlich, dass es sich um eine ganzheitliche und sehr potenzialorientierte Begleitung von realen Geschäftsprozessen in der Industrie handelt.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich betrifft die Zulieferung von Teilen. Hersteller können mit Hilfe eines digitalen Zwillings beurteilen, ob benötigte Werkstücke bestimmte Eigenschaften erfüllen. Für diese Prüfung ist es nicht notwendig, ein Werkstück zu produzieren oder es mit grosser Ungewissheit liefern zu müssen. Die Ausführungen zu diesem Punkt verdeutlichen, dass ein digitaler Zwilling in jeder Phase eines industriellen Prozesses einen wirtschaftlichen Nutzen spenden kann.

Schnittstellen können die nutzbaren Potenziale vergrössern

Die enormen Potenziale digitaler Zwillinge zeigen sich besonders mit Blick auf Schnittstellen. Sind diese vorhanden, so lassen sich die funktionalen Modelle auch unternehmensübergreifend nutzen. Auf diese Weise können selbst komplexe Logistikketten nachhaltig und sehr ressourcenschonend optimiert werden.

Übersicht: Diese Vorteile bietet ein digitaler Zwilling

Bis dato haben die Betrachtungen zur Funktionsweise eines digitalen Zwillings gezeigt, dass sich im industriellen Produktionsbereich zahlreiche Vorteile nutzen lassen. Daher erscheint es logisch, die wichtigsten Vorteile kompakt zusammenzufassen:

• Validierung und Testen sämtlicher Prozesse, bevor reale Produkte zum Einsatz kommen

• Vermeiden oder Reduzieren von kostenintensiven Fehlern in Systemen

• konsequente Steigerung von Qualität und Effizienz

• Zeit- und Kostenersparnis in der Produktion

• optimierte und idealerweise fehlerfreie Prozesse von Beginn an

• Tests und Simulationen eröffnen eines hohes Mass an Effizienz für zielfokussierte Innovationen

• Nutzung von realistischen Prognosen in Bezug auf Eigenschaften und betriebswirtschaftlich

• relevante Kennzahlen

• Nutzung einer ganzheitlichen Sichtweise auf Anlagen/Prozesse in Echtzeit

• tieferes Verständnis von Produkten/Maschinen durch die nutzbare Datenbasis digitaler Zwillinge

Rolle von digitalen Zwillingen im industriellen Bereich (Maschinenbau)

Gerade für die Industrie erweist sich die Funktionsvielfalt eines digitalen Zwillings als sehr wertvoll, da sie entlang der gesamten Wertschöpfung genutzt werden kann. Durch den konsequenten Einsatz dieser zukunftsweisenden Technologie können Unternehmen wichtige Wettbewerbsvorteile nutzen, die in Zeiten einer dynamischen, globalisierten Wirtschaft wichtiger denn je erscheinen. In Bezug auf die Kosten ist es ein immenser Vorteil, dass digitale Zwillinge bereits vor dem realen Objekt existieren können. Die Funktionen und Zweckorientierungen können unterschiedlichste Dimensionen annehmen und individuell auf die Erfordernisse eines jeden Unternehmens abgestimmt werden. Das macht einen digitalen Zwilling im Grunde für jedes industrielle Unternehmen unverzichtbar.

Im Zuge der Industrie 4.0 erweist sich die digitale Unterstützung während des gesamten Lebenszyklus einer Maschine immer mehr zu einem erfolgskritischen Aspekt. Angesichts dessen betonen Experten, dass vor allem im modernen Maschinenbau nicht mehr auf einen digitalen Zwilling verzichtet werden kann. Da Entwickler vor immer komplexeren Herausforderungen bei mechatronischen Systemen stehen, können digitale Simulationsmodelle durch ihre Funktionsvielfalt wettbewerbsorientierten Nutzen stiften. Heutzutage ist es mit der Hilfe eines digitalen Zwillings möglich, eine Maschine bereits vor dem ersten realen Entwurf ausgiebig zu testen und wichtige Rückschlüsse für Optimierungen zu gewinnen. Gerade wertvolle Zeit- und Ressourcenersparnisse bei der Inbetriebnahme von Maschinen und Prozessen erweisen sich in der digitalisierten Industrie als erfolgskritische Schlüsselfaktoren. In wirtschaftlicher Hinsicht entpuppt sich ein digitaler Zwilling durch seine Funktionsvielfalt als nachhaltige Investition, denn auch nach der realen Inbetriebnahme von Maschinen kann er noch wertvolle Arbeit leisten. So ist es im Zeitalter der Industrie 4.0 möglich, Echtzeit-Daten aus dem realen System zu nutzen und anhand eines digitalen Abbildes Optimierungsbedarf abzuleiten. Weichen reale Werte von den vorher simulierten ab, so ist in der Regel schnell eine Fehlerquelle gefunden. Zudem können abweichende Daten zu einem späteren Zeitpunkt auf mögliche Defekte oder Verschleisserscheinungen hinweisen.

Individuelle Lösungen für jede Unternehmensgrösse sind umsetzbar

Grundsätzlich funktioniert ein digitaler Zwilling ganzheitlich oder auch nur punktuell: Kleinere Unternehmen können durchaus nur ein digitales Modell einer einzelnen Maschinen oder wichtiger mechatronischer Komponenten erstellen, um die Effizienz der gesamten Prozesskette deutlich zu steigern. Der Anwendungsflexibilität sind angesichts modernster digitaler Technologien kaum Grenzen gesetzt. <<

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