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.



  • Manager stellen sich gute Digitalkompetenz aus

    Manager stellen sich gute Digitalkompetenz aus

    Etwa jeder zweite Manager gibt sich die Note ‘gut‘ oder ‘sehr gut‘, wenn es um die eigene Digitalkompetenz geht. Wie die Studie des Bitkom zeigt, ist unter den Befragten jedoch…

    mehr lesen: Manager stellen sich gute Digitalkompetenz aus

  • Konjunktur trübt sich ein, langfristige Erholung erwartet

    Konjunktur trübt sich ein, langfristige Erholung erwartet

    Die Konjunkturlage trübt sich ein. Wie das Wirtschaftsinstitut ZEW mitteilt, rechnen die befragten Finanzexperten jedoch mit einer langfristigen Erholung. Das Niveau von vor der Corona-Krise soll jedoch erst im Jahr…

    mehr lesen: Konjunktur trübt sich ein, langfristige Erholung erwartet

  • Update für Industrie 4.0

    Update für Industrie 4.0

    Den gemeinnützigen Verein SmartFactory KL treibt das Ziel, die Ansätze von Industrie 4.0 verstärkt in der Produktionspraxis zu bringen. Im Rahmen der Initiative wurden deshalb bereits realitätsnahe Lösungen, erste Produkte…

    mehr lesen: Update für Industrie 4.0

  • Jennifer Morgan verlässt SAP

    Jennifer Morgan verlässt SAP

    Co-CEO Jennifer Morgan verlässt SAP Ende April. Wie der Softwarekonzern mitteilt, wird Christian Klein das Unternehmen zukünftig alleine führen.

    mehr lesen: Jennifer Morgan verlässt SAP

  • Wirtschaftliche Auswirkungen in allen Bundesländern

    Wirtschaftliche Auswirkungen in allen Bundesländern

    Eine Szenarienrechnung des Ifo-Instituts zeigt, dass im Gegensatz zur Finanzkrise 2009 die Wirtschaft aller Bundesländer gleichermaßen vom aktuellen ‘Shutdown‘ betroffen ist.

    mehr lesen: Wirtschaftliche Auswirkungen in allen Bundesländern

  • Sicherheitsarchitektur für das Industrial IoT

    Sicherheitsarchitektur für das Industrial IoT

    Cybersecuritybedrohungen für kritische Infrastrukturen steigen und stellen eine erhebliche Gefahr für Mitarbeiter sowie ein finanzielles Risiko dar.

    mehr lesen: Sicherheitsarchitektur für das Industrial IoT

  • VDMA-Blitzumfrage

    VDMA-Blitzumfrage

    In einer dritten Blitzumfrage zu den Auswirkungen der Corona-Pandemie auf den deutsche Maschinenbau zeigt sich eine Verschiebung. Viele Unternehmen berichten von Stornierungen und Auftragseinbußen.

    mehr lesen: VDMA-Blitzumfrage

  • Verlängerung des Kurzarbeitergeldes

    Verlängerung des Kurzarbeitergeldes

    Die Große Koalition will die Bezugsdauer des Kurzarbeitergeldes für Beschäftigte über zwölf Monate hinaus verlängern. Davon könnten viele Maschinenbauer profitieren.

    mehr lesen: Verlängerung des Kurzarbeitergeldes

  • Bosch Rexroth erzielt Umsatz auf Vorjahresniveau

    Bosch Rexroth erzielt Umsatz auf Vorjahresniveau

    Bosch Rexroth hat 2019 mit 6,2Mrd.€ einen Umsatz auf Vorjahresniveau erzielt. Profitiert hat das Unternehmen dabei vor allem von seinem soliden Kerngeschäft mit Hydraulik sowie dem weiteren Ausbau des Angebots…

    mehr lesen: Bosch Rexroth erzielt Umsatz auf Vorjahresniveau

  • Maschinenbau in China fährt langsam wieder hoch

    Maschinenbau in China fährt langsam wieder hoch

    Eine 2. Blitzumfrage des VDMA in China zeigt, dass die Auswirkungen der Corona-Pandemie dort als weniger schlimm eingeschätzt werden als noch im März. Dennoch erwarten die Unternehmen kräftige Umsatzeinbußen.

    mehr lesen: Maschinenbau in China fährt langsam wieder hoch

  • Zertifizierung während der Corona-Krise

    Zertifizierung während der Corona-Krise

    Unternehmen sind derzeit in vielerlei Hinsicht gefordert: Sie müssen ihr wirtschaftliches Überleben sichern, Mitarbeiter ins Homeoffice oder in Kurzarbeit schicken und neue Strategien entwickeln. Sind Managementsysteme für Qualität, Umwelt, Energie…

    mehr lesen: Zertifizierung während der Corona-Krise

  • ZVEI-Umfrage

    ZVEI-Umfrage

    Die Elektroindustrie bekommt die Auswirkungen der Corona-Pandemie zunehmend zu spüren. Das ergab eine Umfrage des ZVEI unter seinen Mitgliedsunternehmen.

    mehr lesen: ZVEI-Umfrage