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Digitaler Zwilling

Der menschliche Erfindungsreichtum war schon immer darauf ausgerichtet, sich vorwärts zu bewegen. Obwohl es Perioden gab, in denen es nicht viel Fortschritt gab, war der allgemeine Trend progressiv, besonders in den letzten zwei Jahrhunderten. Das einundzwanzigste Jahrhundert hat seinen fairen Anteil an fortschrittlichen Hotspots wie KI, Blockchain und das Internet der Dinge.

Von diesen Hotspots ist das Internet der Dinge derjenige mit den größten Auswirkungen auf die Fertigungsindustrie. Im Jahr 2021 gibt es 10 Milliarden aktive IoT-Geräte, und diese Zahl wird sich bis 2025 voraussichtlich mehr als verdoppeln.

Führend bei der IoT-Innovation ist die digitale Zwillingstechnologie. Dies ist ein Aspekt des Internets der Dinge, der der Wertschöpfungskette in der Fertigung einen großen Nutzen bringt. Im Laufe dieses Artikels werden wir die Simulation des digitalen Zwillings erkunden und darüber sprechen, wie sie sich positiv auf Ihre Fertigungsprozesse und Ihre Produktion gesamt auswirken kann.

Wie funktioniert ein digitaler Zwilling?

Ein vertrautes Analogon zum digitalen Zwilling ist ein Computer-Aided Design (CAD). Doch obwohl CAD ein Vorläufer des digitalen Zwillings ist, sind sie doch recht unterschiedlich. Ein digitaler Zwilling bietet viel mehr als ein CAD.

Beispielsweise ist CAD ein vorläufiger Entwurf von realen Maschinen/Ausrüstungen, bevor diese produziert werden. Mit einem digitalen Modell erstellen Sie eine Darstellung der Maschine, die Sie herstellen möchten. Nachdem das CAD fertiggestellt ist, können Sie die Maschine anhand des Entwurfs herstellen.

Ein CAD muss nicht einmal dreidimensional sein. Ein zweidimensionaler Entwurf würde auch funktionieren.

Ein digitaler Zwilling ist funktionaler als dieser. Bei digitalen Zwillingen nutzt man Sensoren, um physische Maschinen abzubilden und sie dann digital darzustellen. Es handelt sich im Wesentlichen um eine digitale Darstellung von realen Geräten, Prozessen und sogar einer ganzen Produktionslinie.

Das ist aber noch nicht alles. Digitale Zwillinge sind interoperabel zwischen der digitalen und der physischen Welt. Das bedeutet, dass Sie den digitalen Zwilling modifizieren können, was sich in der physischen Welt widerspiegeln würde.

Umgekehrt können Sie Änderungen an der physischen Maschine vornehmen, die sich auf den digitalen Zwilling auswirken. Dies schafft im Wesentlichen eine positive Rückkopplungsschleife zwischen dem digitalen Zwilling und dem betreffenden physischen Gerät/Prozess.

Digitaler Zwilling vs. Digitaler Schatten

Wenn Sie schon einmal von digitalen Zwillingen gehört haben, sind Sie wahrscheinlich auch schon auf den Begriff „digitaler Schatten“ gestoßen. Obwohl sich beide Begriffe ähneln, sind sie ziemlich unterschiedlich. Der digitale Schatten ist das Gegenteil von CAD. Während CAD verwendet wird, um Modelle aus der digitalen Welt in die physische Welt zu übertragen, wird ein digitaler Schatten verwendet, um Modelle aus der physischen Welt in die digitale Welt zu übertragen.

Andererseits ist ein digitaler Zwilling bidirektional, das heißt, er überträgt von der physischen in die digitale Welt und umgekehrt.

Im Wesentlichen kann man sagen, dass die digitale Zwillingstechnologie eine Kombination aus CAD und digitaler Schattentechnologie ist, mit einigen zusätzlichen Vorteilen wie Echtzeit-Synchronität.

Wie funktioniert ein digitaler Zwilling?

Wie genau wird ein digitaler Zwilling eingerichtet und in Betrieb genommen? Das kann man durch die Kombination der folgenden Punkte erreichen:

  • Sensoren: Sensoren sind der Eckpfeiler der digitalen Zwillingstechnologie. Mit Sensoren können Sie Signale, Betriebs- und Umgebungsdaten aus der realen Welt erfassen und in die digitale Welt übertragen.
  • Daten: Die Sensoren sind nur physische Objekte, die nicht ausreichen, damit die digitale Zwillingstechnologie funktioniert. Wenn die Sensoren funktionieren, produzieren sie Daten, die mit anderen Unternehmensdaten kombiniert werden. Zu diesen Daten gehören die Stückliste, Unternehmenssysteme, Konstruktionsspezifikationen, technische Zeichnungen und sogar Protokolle von Kundenbeschwerden.
  • Integration: Die von den Sensoren gesammelten Daten werden durch Integrationstechnologie in die digitale Welt übertragen. Der Integrationspfad ist es auch, der genutzt wird, um Daten aus der digitalen Welt zurück in die physische Welt zu übertragen.
  • Analytik: Der Zweck des Sammelns von Daten ist es, diese zu analysieren und Informationen zu produzieren. In der Technologie des digitalen Zwillings geschieht dies durch algorithmische Simulationen, um Einblicke in die Verbesserung des jeweiligen Fertigungsprozesses zu erhalten.
  • Aktoren: Nach der Gewinnung von Erkenntnissen besteht der letzte Schritt bei der Nutzung der digitalen Zwillingstechnologie darin, Maßnahmen zu ergreifen. Dies wird durch den Einsatz von Aktoren erreicht. Mit Aktoren kann die digitale Zwillingssimulation zur Kommunikation mit Menschen vor Ort genutzt werden, die dann Aktionen auslösen, um die aus der Analyse gewonnenen Erkenntnisse umzusetzen. Und der Zyklus wiederholt sich, so dass eine Feedback-Schleife entsteht.

Warum ist der digitale Zwilling so entscheidend für Industrie 4.0?

Industrie 4.0 wird als die nächste Phase der industriellen Revolution bezeichnet. Sie wird im Wesentlichen durch das Internet der Dinge angetrieben, von dem die Simulation des digitalen Zwillings ein integraler Bestandteil ist. Die digitale Zwillingssimulation ist die Brücke, durch die sich IoT-Geräte mit der Welt der Atome verbinden können.

Im Grunde genommen stellt sie ein grenzenloses Potenzial für das IoT dar. Alles, was in der Welt der Atome existiert, kann in das IoT übertragen werden und umgekehrt.

Was kann die Simulation des digitalen Zwillings für die Smart Factory leisten?

Während die Technologie des digitalen Zwillings eine breite positive Auswirkung auf Industrie 4.0 hat, ist sie auch besonders wertvoll, um die optimale Effektivität für Ihre Smart Factory zu erreichen. Nachfolgend sind einige der Möglichkeiten aufgeführt, wie die digitale Zwillingssimulation für Smart Factories von Nutzen ist:

  • Predictive Maintenance: Es gibt nur so viele Stellen, auf die die menschlichen Augen und Hände gleichzeitig zugreifen können. Ein Computer kann viel mehr tun. Mit der digitalen Zwillingssimulation können Sie sich schnell einen ganzheitlichen Überblick über Maschinen verschaffen, und mit der Rechenleistung können Sie Ausfälle im System erkennen, bevor sie auftreten. So können Sie proaktiv Maßnahmen und Werkzeuge einsetzen, um Ihre Maschinen in Topform zu halten.
  • Verbesserte Kollaboration: In einer Welt ohne digitale Zwillingstechnologie müssen Sie vor Ort sein, bevor Sie Upgrades an Ihren Fertigungsanlagen implementieren. Dies ist besonders dann problematisch, wenn Sie nur ein zentrales Team haben, das in der Lage ist, die Reparaturen an Ihren Maschinen durchzuführen. Mit der digitalen Zwillingstechnologie kann ein zentrales Team aus der Ferne Korrekturen vornehmen, die sich dann in der Fabrikhalle widerspiegeln. Die Technologie des digitalen Zwillings gibt Ihnen auch mehr Raum für Zusammenarbeit, da mehr Menschen von überall auf der Welt zur Wartung und Optimierung der Maschinen beitragen können.
  • Verbesserte Optimierungsprozesse: Mit der Simulation des digitalen Zwillings können Sie ein Abbild Ihrer Fertigungslinie erstellen. Dadurch erhalten Sie eine ganzheitliche Sicht auf den gesamten Produktionsprozess. Letztendlich hilft es Ihnen, bestimmte Produktions-KPIs wie Produktionsraten und Ausschusszahlen zu optimieren.

Digitaler Zwilling – eine abschließende Definition

Die Technologie des digitalen Zwillings ist ein großer Schritt vorwärts auf dem breiten Weg der IoT-Einführung. Mit der digitalen Zwillingstechnologie wird eine Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt geschlagen, die es Ihnen ermöglicht, die Rechenleistung direkt auf reale Probleme anzuwenden.

Der digitale Zwilling oder auf Englisch „Digital Twin“ ist das virtuelle Abbild eines in der realen Welt existierenden materiellen oder immateriellen Objektes oder Vorgangs. Gelegentlich wird auch der Begriff „digitaler Avatar“ verwendet. Er repräsentiert reale Prozesse, Systeme oder Gegenstände in digitaler Form. Dieses digitale Modell beruht auf Daten und Algorithmen und kann mittels Sensortechnik auch mit der realen Welt gekoppelt sein.

Mit einem digitalen Zwilling lassen sich Analysen und Simulationen durchführen. Auf diese Weise lassen sich Abläufe und Konstruktionen am Computer planen, optimieren, überwachen und vorhersagen, ohne dass dafür in der realen Welt Ressourcen aufgebracht werden müssen. Dies kann sämtliche Phasen der Entwicklung, Herstellung und Anwendung beschleunigen und vereinfachen. Als verbindendes Konstrukt zwischen der digitalen und der realen Welt, ist der digitale Zwilling ein zentrales Element für die Industrie 4.0.

Für einen Fertigungsbetrieb, der die Vorteile von Industrie 4.0 voll ausschöpfen möchte, ist die Implementierung der digitalen Zwillingstechnologie ein Muss, das nicht außer Acht gelassen werden sollte.

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