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.



  • Mehr Resilienz durch Digital Workplace

    Mehr Resilienz durch Digital Workplace

    In einer Studie von Campana & Schott geben zwei Drittel der Befragten an, dass digitale Arbeitsplätze Resilienz und Effizienz steigern. Fast die Hälfte der Studienteilnehmer hat bereits solche Arbeitsplätze eingeführt.

    mehr lesen: Mehr Resilienz durch Digital Workplace

  • Forschung am digitalen Zwilling

    Forschung am digitalen Zwilling

    Das Projekt IoT4DigitalTwin ist Teil der europäischen Initiative IoT4Industry im Rahmen des Programms Horizon 2020. Geprom Connecting Inustries und Gefasoft GmbH haben ein Konsortium gebildet mit dem Ziel, einen digitalen…

    mehr lesen: Forschung am digitalen Zwilling

  • Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

    Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

    2019 hat sich die Open Industry 4.0 Alliance auf der Hannover Messe gegründet. Das mittlerweile 74 Mitglieder umfassende Konsortium stellt zur diesjährigen Messe einen eigenen App Store vor.

    mehr lesen: Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

  • Python-Anwendungen plattformunabhängig schützen

    Python-Anwendungen plattformunabhängig schützen

    Wibu-Systems hat sein Portfolio erweitert, sodass Hersteller ihre Python-Anwendungen einfach und flexibel plattformunabhängig mit CodeMeter schützen können.

    mehr lesen: Python-Anwendungen plattformunabhängig schützen

  • Formnext-Veranstalter planen hybride Messe

    Formnext-Veranstalter planen hybride Messe

    Im November steht industrieller 3D-Druck in Frankfurt im Fokus. Dann öffnet die Formnext ihre Tore — als Präsenzveranstaltung. Zusätzlich ist ein digitales Angebot geplant.

    mehr lesen: Formnext-Veranstalter planen hybride Messe

  • Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

    Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

    In einer aktuellen Deloitte-Studie betrachten 86 Prozent der deutschen Technologiekonzerne Nachhaltigkeit als einen wichtigen Bestandteil ihrer Geschäftstätigkeit. Jedoch nehmen etwa zwei Drittel der darin befragten Unternehmen eine Diskrepanz zwischen Anspruch…

    mehr lesen: Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

  • Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

    Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

    Das Beratungsunternehmen Techconsult hat gemeinsam mit Gridscale untersucht, wie mittelständische Unternehmen die Modernisierung ihrer IT-Infrastrukturen vorantreiben. Die daraus resultierende Studie gibt Einblicke, mit welchen Herausforderungen sich die Unternehmen bei ihrer…

    mehr lesen: Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

  • Gesamtkonzept für mehr Resilienz

    Gesamtkonzept für mehr Resilienz

    Entwicklungen wie der Klimawandel oder die Digitalisierung haben das Thema Resilienz in die öffentliche Diskussion gerückt. Durch die Corona-Pandemie wird diese neu auf die Probe gestellt. Fraunhofer-Forscher haben nun ein…

    mehr lesen: Gesamtkonzept für mehr Resilienz

  • Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

    Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

    Für das laufende Jahr geht das Ifo Institut von einem wirtschaftlichen Wachstum von 3,7 Prozent aus. Damit zeigen sich die Forscher pessimistischer als noch im Dezember.

    mehr lesen: Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

  • Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

    Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

    Rhebo hat sich der Partnerwelt ctrlX World von Bosch Rexroth angeschlossen. So setzt Rhebo auf ctrlX Automation als Integrationsplattform und zusätzlichen Marktplatz für ihre industriellen Monitoring-Lösungen, die sowohl für die…

    mehr lesen: Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

  • Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

    Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

    Modulare Anlagen werden in der Fertigungs- und Verfahrenstechnik vermehrt eingesetzt. Die Planungszeit neuer Anlagen und Umbauarbeiten sollen so beschleunigt werden, um Stillstände beziehungsweise die Time-to-Market zu verkürzen.

    mehr lesen: Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

  • Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

    Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

    Die EU-Kommission plant umfassende Auflagen zur Vermeidung und Meldung von Cyberangriffen. Diese betreffen zukünftig fast alle mittelständischen Industriebetriebe.

    mehr lesen: Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen