Digitale Zwillinge: Die Umgestaltung der Fertigung

Die Autorin Ursula K. Le Guin sagte einmal: "Die Zukunft ist ein sicheres, steriles Labor, in dem man Ideen ausprobieren kann ... ein Mittel, um über die Realität nachzudenken, eine Methode." Stellen Sie sich nun vor, dass neue Produkte durch eine mögliche digitale Darstellung ihrer Form zum Leben erweckt werden. Aber wie können wir die Brücke zwischen der realen und der virtuellen Welt schlagen? Die Antwort liegt in digitalen Zwillingen, die es Herstellern ermöglichen, über Tonmodelle oder sogar physische Prototypen hinauszugehen. Die Technologie des digitalen Zwillings, die zu den 10 wichtigsten strategischen Technologietrends 2017 gehört, hat in allen Branchen stark an Bedeutung gewonnen. Analysten sagen voraus, dass vernetzte Produkte, die durch verwertbare Echtzeitdaten unterstützt werden, in Zukunft durch digitale Zwillinge dargestellt werden. Mit dem beispiellosen Wachstum des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) ist das Interesse an diesem Konzept geradezu explodiert. Bis 2018 werden Unternehmen, die in IoT-basiertes kognitives Situationsbewusstsein oder operative Sensorik investieren, Verbesserungen von bis zu 30 % bei kritischen Prozesszykluszeiten verzeichnen. Folglich werden Hersteller in der Lage sein, sowohl tatsächliche als auch erwartete Szenarien zu vergleichen, um fundierte Geschäftsentscheidungen zu treffen. Die Produktumgebungen werden immer komplexer, mit neuen Funktionsanforderungen, strengen gesetzlichen Richtlinien und schnellen Entwicklungszyklen. Obwohl Unternehmen gerne Unmengen von Daten sammeln, fehlt ihnen ein umfassender digitaler Plan, um ihre Fähigkeiten radikal zu verändern. Außerdem berücksichtigen ältere Simulations-Frameworks häufig nicht die Alterung von Anlagen, Fehler- und Versagensbedingungen, den auf Materialeigenschaften basierenden Verschleiß und die allgemeine Umgebung. Darüber hinaus haben sich etablierte Simulationssoftware wie MATLAB, PSIM und ANSYS nicht weiterentwickelt. Das ideale Szenario ist hier die Entwicklung eines robusten Fahrplans, der die Systemleistung und das Auftreten von Fehlern genau vorhersagen und den ROI ermitteln kann. Um also die Grundlage für vernetzte Produkte und Dienstleistungen zu schaffen, werden digitale Zwillinge zu einem geschäftlichen Muss.

Hersteller stehen heute oft vor der Herausforderung, effiziente Produkte zu entwickeln. Interessanterweise hat eine kürzlich durchgeführte Umfrage ergeben, dass Unternehmen zwar in Analysen investieren, DevOps aber weiterhin oberste Priorität haben. Durch die Einführung des digitalen Zwillingsmodells können Unternehmen ihre Daten analysieren und Systeme überwachen, um Probleme im Voraus zu erkennen und Ausfallzeiten zu vermeiden. Da die Simulation neuer Innovationen ein wesentlicher Bestandteil des digitalen Zwillingsmodells ist, werden Was-wäre-wenn-Szenarien erstellt, um die Markteinführungszeit zu verkürzen und kostenintensive Probleme mit der Produktqualität zu vermeiden. Zu Beginn sammeln intelligente Komponenten mit Sensoren Echtzeitdaten, um eine nahtlose Integration mit dem physischen Asset zu ermöglichen. Diese Komponenten sind auch mit dem Cloud-basierten System verbunden, das die von den Sensoren überwachten Betriebs- und Umweltdaten sammelt und verarbeitet. Die Erstellung der digitalen Zwillinge umfasst zwei entscheidende Methoden. Der erste Schritt besteht darin, den digitalen Zwillingsprozess und die Informationsanforderungen für den Produktlebenszyklus zu skizzieren. Der zweite Schritt besteht darin, die Technologie zu entwickeln, die sowohl den digitalen als auch den physischen Vermögenswert für den Echtzeitfluss von Sensordaten integriert. Kritische Eingaben von den Sensoren werden anhand von Kontextdaten analysiert, um Bereiche mit Verbesserungspotenzial zu identifizieren. Darüber hinaus werden die digitalen Erkenntnisse genutzt, um neue Dienste zu entwickeln, die sich als bahnbrechend für das Unternehmen erweisen. Dieses Modell der nächsten Generation liefert ein sich entwickelndes digitales Profil eines physischen Objekts oder Prozesses, hilft bei der Analyse der eingehenden Daten und identifiziert Abweichungen von einem optimalen Punkt.

Da das industrielle IoT (IIoT) weiter an Bedeutung gewinnt, wird die Anwendung von prädiktiver Analytik zu einem integralen Bestandteil der Erreichung von Geschäftszielen. Dabei geht es um die Nutzung von Industriedaten und die Verwendung von Erkenntnissen zur Erstellung genauer Vorhersagen. Digitale Zwillinge werden zunehmend in der prädiktiven Analytik eingesetzt, um diese Daten zu sortieren. Im Bereich der Automatisierung nutzen die meisten Unternehmen digitale Zwillinge für die Optimierung und virtuelle Kommissionen. Sie nutzen sie jedoch nicht für die vorbeugende oder vorausschauende Wartung. Eine Ausnahme ist die Tochtergesellschaft eines amerikanischen multinationalen Konzerns, die auf einer Konferenz im November letzten Jahres einen digitalen Zwilling einer Dampfturbine erstellt hat, um mögliche Bereiche für die vorausschauende und präskriptive Wartung aufzuzeigen. Auch die NASA hat das Modell des digitalen Zwillings für die Entwicklung von Straßenkarten und Fahrzeugen der nächsten Generation sowie für die Entscheidung über neue Produktempfehlungen übernommen. Die digitalen Zwillinge von Raumfahrzeugen und Stationen stellen sicher, dass die Systeme effektiv arbeiten und die Besatzung nicht in Gefahr ist. Dieser Paradigmenwechsel hin zu einem parallelen Softwaremodell hat für mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit gesorgt.

Bis 2022 werden 85 % aller IoT-Plattformen digitale Zwillinge umfassen. In der Folge werden die Unternehmen ihre Investitionen in physische Prototypen reduzieren und die Markteinführungszeit verkürzen. Der Produktlebenszyklus wird effizienter werden. Darüber hinaus wird im Fertigungssektor die prädiktive technische Analyse (PEA) das Modell des digitalen Zwillings nutzen, um Betriebsdaten bereitzustellen. Dieses Modell wird auch eingesetzt, um einen geschlossenen PLM-Kreislauf zu erreichen, der den digitalen Faden strafft und eine intelligentere Verwaltung der Unternehmensressourcen ermöglicht. Das Modell des digitalen Zwillings wird bald als Stellvertreter für Benutzer mit speziellen Fähigkeiten, einschließlich Ingenieure und Hersteller, fungieren. Es handelt sich eindeutig um die nächste technologische Welle in den Bereichen Simulation, Konzeptualisierung und Optimierung. Aber wird es zu einer perfekten Welt führen? Diese Frage müssen Sie selbst beantworten.