Im Ingenieurwesen und der Produktentwicklung ist Simulationstechnologie kaum mehr weg zu denken: Mit virtuellen Abbildern realer physischer Systeme – mit digitalen Zwillingen – können Ingenieure, Entwickler, aber auch Wissenschaftler innovative Ideen ausprobieren, Annahmen prüfen und Probleme früh erkennen, bevor eine Innovation in die Umsetzung gebracht wird. Simulationen ermöglichen zudem die Analyse der vorhergesehenen Probleme, um passende Lösungen zu finden.
Multiphysik-Simulation
Dass die Nutzung digitaler Zwillinge und Simulationssoftware branchenübergreifend steigt, liegt auch darin begründet, dass Plattformen wie die der Softwarefirma Comsol darauf ausgelegt ist, auch weniger IT-geschulten Mitarbeitenden die Erstellung und Verwaltung von Modellen und digitalen Zwillingen zu ermöglichen. Multiphysik-Software kann verschiedene physikalische Phänomene in die Simulation integrieren, die Prozesse und Ergebnisse beeinflussen. So werden beispielsweise Elektromagnetik, Wärmeübertragung, Fluiddynamik und mechanische Spannungen in einem Modell gekoppelt, um etwaige Wechselwirkungen aufzuzeigen. Dieser Unterschied zu anderen Simulationsprogrammen sollte sich in wesentlich genaueren Vorhersagen und letztlich robusteren Designs bemerkbar machen. Die Praxis zeigt außerdem: Das frühe Erkennen möglicher Fehler bereits im Designprozess verkürzt die Entwicklungszeit. Das Industrial Technology Research Institute (ITRI) z.B. konnte durch den Einsatz einer Simulations-App beim 3D-Druck von Raketeninjektoren für Taiwan Innovative Space bis zu 83 Prozent der Kosten und 99 Prozent der Zeit einsparen. Verantwortlich dafür war die gelungene Vorhersage von Verformungen und Spannungen beim Laser-Pulverbett-Schmelzen.
Digitale Produkte entwerfen
Mit digitalen Zwillingen können Unternehmen Produkte entwickeln, die auf die individuellen Bedürfnisse ihrer Kunden zugeschnitten sind. Ein digitaler Zwilling schafft zudem neue Möglichkeiten, das Angebot um digitale Dienstleistungen zu erweitern. So kann ein physisches Produkt, ergänzt durch Echtzeitdaten und Analysen, als Dienstleistung angeboten werden (Product-as-a-Service). Dies kann kontinuierliche Umsatze ermöglichen. So hat der Batteriehersteller IAV mit Comsol Simulation ein Doppelbatterie-System entwickelt. Zusätzlich bietet der Hersteller den Abnehmern des neuen Systems eine mit dem Modul Application Builder entwickelte White Box, mit der die Käufer eigene Optimierungsberechnungen für ihren Anwendungsfall des Produkts auf Basis von Simulation durchführen können.
Essen digital abbilden
Auch auf die Nachhaltigkeit eines Produktes können digitale Zwillinge erheblichen Einfluss nehmen. Durch Simulationen können Unternehmen die Umweltauswirkungen ihrer Produkte analysieren und optimieren, bevor diese physisch produziert werden. Dies trägt zur Reduktion von Abfall und Energieverbrauch bei und unterstützt Unternehmen dabei, nachhaltigere Praktiken in ihre Geschäftsmodelle zu integrieren. So konnte die Schweizer Forschungsorganisation Empa Modelle und eine Simulations-App kompilieren, die von Landwirten und Händlern zur Vorhersage der Haltbarkeit von frischem Obst und Gemüse genutzt werden. Mit integrierten digitalen Zwillingen der Nahrungsmittel und Transportkisten können sie die Auswirkungen von aktuellen Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten auf die Haltbarkeit kontrollieren. Die App unterstützt bereits bei der Verbesserung der Nutzung von gekühlten Lebensmitteln in Entwicklungsländern und sorgt für weniger Verderb von Frischwaren auf dem Weg von Ernte bis zum Verzehr.
Wartung wird revolutioniert
Ein Bestandteil der Digitalstrategien vieler Fertigungsunternehmen ist die Umstellung auf vorausschauende Wartung, Predictive Maintenance genannt. In digitale Zwillinge fließen Daten über den Zustand von Maschinen und Anlagen ein. Diese Überwachung ermöglicht es, Probleme früh zu identifizieren und Wartungsarbeiten durchzuführen, bevor es zu Ausfällen kommt.
Zukunftssicher aufstellen
Simulationen und digitale Zwillinge erweisen sich als Schlüsseltechnologien nicht nur im Ingenieurwesen und der Produktion, sondern unterstützen auch neue Geschäftsmodelle. Die Integration dieser Technologien in Geschäftsstrategien kann daher einen Wettbewerbsvorteil darstellen, der zur Zukunftssicherheit einer Firma beiträgt.
