Während digitale Zwillinge schon seit Jahren ein wirkungsvolles Instrument zur Planung und Simulation von realen Systemen darstellen, heben neue Ansätze, gestützt von State-of-the-Art-Technologien, das Konzept auf ein völlig neues Niveau. Auftrieb brachten vor allem Technologien wie KI, Edge Computing und der 5G-Mobilfunkstandard für die Übertragung von Echtzeitdaten. Das Ergebnis des Zusammenspiels stellt die Fertigungsbranche vor neue Möglichkeiten bei der Planung, Analyse und Optimierung ihrer Anlagen – von einzelnen Robotern bis zu detaillierten digitalen Pendants von ganzen Werken. Vor allem Unternehmen aus den Bereichen Automobil, Luftfahrt, Elektrotechnologie und Maschinenbau beschäftigen sich mit dem Einsatz der Technologie.
Auf die Daten kommt es an
Genau wie jede andere Simulation und jedes andere Modell ist ein digitaler Zwilling immer nur so gut, wie es die Datenlage zulässt. Je mehr Informationen dabei zur Verfügung stehen, desto exakter kann das virtuelle Abbild die Realität simulieren und präzise Ergebnisse liefern. Dafür kommen neben Sensoren, IoT-Konnektoren und Datenbanken auch Algorithmen und Visualisierungstools zum Einsatz, die aus dem riesigen Datenstrom die relevanten Information herausfiltern, aufbereiten und schließlich in ein virtuelles Modell transformieren. Komplexe Umgebungen, die aus zahllosen verschiedenen Infrastruktur-Komponenten, Geräten und Maschinen bestehen, werden dabei schnell zu einer Herausforderung – denn um die Wirklichkeit tatsächlich adäquat abzubilden, werden neben den Betriebsdaten auch Informationen von anderen Systemen sowie Umgebungsdaten wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit benötigt. Ein weiterer Stolperstein dabei ist die Qualität der Daten. Für den erfolgreichen Einsatz von digitalen Zwillingen müssen Unternehmen zuerst alle Informationen aus den unterschiedlichen Quellen zusammenfassen und aufbereiten, um über eine gute Ausgangslage für die Modellierung zu verfügen.
Doppelgänger in Echtzeit
Digitale Zwillinge sind allerdings kein starres Konstrukt, das nach dem Einschalten einfach weiterlaufen kann. Die Doppelgänger sind auf Echtzeitdaten angewiesen, die die Grundlage für eine präzise und reaktionsfähige Simulation der physischen Umgebung bilden. Erst ein kontinuierlicher Datenfluss befähigt das Modell, Veränderungen im Produktionsablauf zu erkennen, fundierte Entscheidungen vorzuschlagen und somit Prozesse zu optimieren. Weil der schnellen Verfügbarkeit der Daten dabei eine zentrale Rolle zukommt, setzen immer mehr Fertigungsunternehmen auf das Zusammenspiel der Schlüsseltechnologien 5G, Edge Computing und künstliche Intelligenz. Ziel der Bemühungen ist es, die beispielsweise in einer Produktionshalle gesammelten Daten mit möglichst geringem Zeitverlust direkt dort zu verarbeiten und zu analysieren, wo sie gesammelt werden. Um kurze Wege mit geringer Verzögerung einzurichten, werden die zeitkritischen Daten über 5G, auch realisierbar als private 5G-Netzwerke, übertragen und auf IT-Systemen am Edge verarbeitet – und im digitalen Zwilling bereitgestellt. Diese technologische Lösung sorgt für die schnelle Übermittlung von Daten aus der realen Welt an das Modell, aber auch dafür, auf dem gleichen Weg aus den Erkenntnissen abgeleitete Handlungsempfehlungen an die Maschinen und ihre Steuersysteme zurückzuspielen.
Was digitale Zwillinge leisten
Virtuelle Doppelgänger analysieren physische Assets nahezu in Echtzeit und dienen auch als geschützte Umgebung für das gefahrlose Testen von Anpassungen in den Abläufen. So können Unternehmen beispielsweise simulieren, wie sich bestimmte Veränderungen innerhalb von Produktionsprozessen auf den Energieverbrauch auswirken oder welchen Einfluss neue Materialien auf das Endprodukt haben. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Planung von Produktionsstraßen und ganzen Werken auf Grundlage von digitalen Zwillingen. In diesem Fall entsteht die physische Umgebung nach der Simulation in der virtuellen Welt.
Anomalien aufspüren
Doch unabhängig davon, für welchen Weg sich Unternehmen entscheiden, einmal in Betrieb genommen und mit einer soliden Datenbasis versorgt, stellen digitale Zwillinge ein mächtiges Werkzeug dar. Sie erkennen Anomalien, können die bestmöglichen Zeitpunkte für Wartungsarbeiten berechnen und Downtimes sowie Produktionsstörungen im laufenden Betrieb reduzieren. Künftig sind vielleicht sogar Szenarien technologisch möglich, in dem der digitale Zwilling in einem komplexen System die Produktionsumgebung nahezu autonom steuert. Ein Blick auf die Effekte der virtuellen Simulation zeigt allerdings, dass sich Aufwand und Mühe schon heute lohnen kann.
