Wie digitale Zwillinge die Produktion voranbringen

481455
Bild: ©chesky/stock.adobe.com

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.



  • Smart Systems Hub erweitert IoT-Labor

    Smart Systems Hub erweitert IoT-Labor

    Rund 500.000€ investiert der Smart Systems Hub in den Ausbau seines ‚IoT-Labs‘. Unternehmen und Institute können dort beispielsweise Roboter per über die Cloud mithilfe von 5G fernsteuern.

    mehr lesen: Smart Systems Hub erweitert IoT-Labor

  • World of Quantum geht in München an den Start

    World of Quantum geht in München an den Start

    Eine Plattform für die Quantentechnologie will die Messe München mit der World of Quantum bieten, die erstmals im Rahmen der Laser World of Photonics stattfinden soll.

    mehr lesen: World of Quantum geht in München an den Start

  • Pandemie hemmt Innovationen und ist zugleich Impulsgeber

    Pandemie hemmt Innovationen und ist zugleich Impulsgeber

    Im Jahr 2020 haben deutsche Unternehmen ihre innovationsausgaben reduziert. Wie aus Erhebungen des Zentrums für Europäische Wirtschaftsforschung hervorgeht, sind die Innovationstätigkeiten dabei vor allem bei Großunternehmen zurück gegangen.

    mehr lesen: Pandemie hemmt Innovationen und ist zugleich Impulsgeber

  • FMB 2022 findet früher statt

    FMB 2022 findet früher statt

    Die Vorverlegung der SPS führt dazu, dass die FMB – Zuliefermesse Maschinenbau nun ebenfalls früher stattfindet. Statt wie ursprünglich geplant Mitte November, sind die Veranstalter auf einen Termin Mitte Oktober…

    mehr lesen: FMB 2022 findet früher statt

  • iGrafx übernimmt Logpickr

    iGrafx übernimmt Logpickr

    Mit der Übernahme von Logpickr hat sich der Prozessdatenmanagement-Spezialist iGrafx Knowhow in Sachen Process Mining gesichert.

    mehr lesen: iGrafx übernimmt Logpickr

  • Machine Learning für die hochautomatisierte Fertigung

    Machine Learning für die hochautomatisierte Fertigung

    Der Automobilzulieferer Valeo hat mit dem Fraunhofer KI-Spin-off Plus10 und der Technischen Hochschule Ingolstadt ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt gestartet. Ziel des Projekts Palim (Performance-Accelerated Learning for Intelligent Manufacturing) ist es,…

    mehr lesen: Machine Learning für die hochautomatisierte Fertigung

  • Ifo Geschäftsklima legt im Januar zu

    Ifo Geschäftsklima legt im Januar zu

    0,9 Punkte mehr als noch im Dezember: Der Ifo-Geschäftsklimaindex ist im Januar gestiegen. Aus der Industrie kommen dabei positive Signale.

    mehr lesen: Ifo Geschäftsklima legt im Januar zu

  • Neuer Vorsitzender der VDI/VDE-GMA

    Neuer Vorsitzender der VDI/VDE-GMA

    Nach Atilla Bilgic übernimmt Michael Weyrich den Vorsitz der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA).

    mehr lesen: Neuer Vorsitzender der VDI/VDE-GMA

  • Wie sich Omicron auf die Lieferketten auswirkt

    Wie sich Omicron auf die Lieferketten auswirkt

    Nach Analysen des B2B-Netzwerks Tradeshift hat sich das Auftreten der Omicron-Variante im vierten Quartal negativ auf die globalen Lieferketten ausgewirkt, jedoch nicht so stark wie vorherige Infektions-Wellen.

    mehr lesen: Wie sich Omicron auf die Lieferketten auswirkt

  • Open Mind sichert sich Mehrheit an Hummingbird

    Open Mind sichert sich Mehrheit an Hummingbird

    Open Mind übernimmt die Mehrheit am MES-Hersteller Hummingbird Systems. Die CAD/CAM-Lösung von Open Mind wurde bereits im Rahmen einer Zusammenarbeit in das MES von Hummingbird integriert.

    mehr lesen: Open Mind sichert sich Mehrheit an Hummingbird

  • 350Mrd.€ weniger Wertschöpfung durch die Pandemie

    350Mrd.€ weniger Wertschöpfung durch die Pandemie

    Laut einer Studie des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) sind durch die Corona-Pandemie bisher 350Mrd.€ an Wirtschaftsleistung verloren gegangen. Im ersten Quartal dieses Jahres gehen die IW-Experten von einem weiteren…

    mehr lesen: 350Mrd.€ weniger Wertschöpfung durch die Pandemie

  • Umstellung auf S4/Hana für viele Unternehmen eine Herausforderung

    Umstellung auf S4/Hana für viele Unternehmen eine Herausforderung

    Umstellung auf S/4Hana ja, aber keine Zeit für die Vorbereitung. So sieht es die Mehrheit der befragten Unternehmen in einer Studie des Analystenhauses Techconsult. Bei 90 Prozent der Studienteilnehmer bemängeln…

    mehr lesen: Umstellung auf S4/Hana für viele Unternehmen eine Herausforderung