Einsatz digitaler Zwillinge in der digitalen Transformation der Fertigung
Heute integrieren die meisten Hersteller Innovationen wie Cloud, Edge und andere Konzepte in ihre digitale Reise – aber fehlt da nicht etwas?
Der Einsatz digitaler Zwillinge in der Fertigung ist keine neue Idee, aber eine, die sich in der Fertigung immer mehr durchsetzt.
Laut einer McKinsey-Umfrage werden digitale Zwillinge in Fabriken zu einer realistischen Möglichkeit, Fertigungsprobleme zu lösen. In der Umfrage gaben 86 % der Befragten an, dass digitale Zwillinge auf ihr Unternehmen anwendbar sind, während 44 % bereits einen digitalen Zwilling implementiert haben und 15 % planen, einen solchen in Zukunft einzusetzen.
Was ist ein Digitaler Zwilling?
Ein digitaler Zwilling ist eine visuelle Darstellung einer Industrieanlage: z. B. eine SPS, eine Industriemaschine, ein Fließband, eine Fabrikhalle oder ein komplettes Gelände.
Ähnlich wie Wissenschaftler Theorien testen und Experimente reproduzieren und entwerfen, folgt die digitale Welt einem ähnlichen Prozess, der es Herstellern ermöglicht, Prozesse, Arbeitsabläufe, Designs und Änderungen zu simulieren und zu testen, bevor sie in der gesamten Fabrik umgesetzt werden. Digitale Zwillinge ermöglichen es Ihnen, Ergebnisse auf der Grundlage realer Fabrikbedingungen zu simulieren, ohne sie in der Praxis durchführen zu müssen.
Datenexperten in Unternehmen können digitale Zwillinge nutzen, um die Erstellung und Pflege zielgerichteter Datenmodelle zu vereinfachen. Beispielsweise könnte dieselbe Montagelinie über drei Datenmodelle verfügen:
- Energieüberwachung
- Vorausschauende Wartung
- Produktionsoptimierung
Jedes Modell verwendet statische und dynamische Daten, die spezifisch für die Montagelinie sind. Im Idealfall folgt das Modell einer bestimmten Datenhierarchie, verfügt über anwendungsspezifische Kontextinformationen (z. B. Metadaten) und erzeugt wertvolle Ergebnisse, seien es Berechnungen, KPIs, Warnungen oder Ereignisse. Diese Ausgaben können auch als Input für ein größeres Datenmodell dienen (z. B. ein digitaler Zwilling des gesamten Standorts).
Jedes digitale Zwillingsmodell kann auch mehrere Instanzen haben. Wenn Sie eine zentrale Verwaltungsplattform für mehrere Standorte verwenden, können Sie im Idealfall eine Instanz auf Unternehmensebene klonen und sie problemlos auf ähnliche Assets an diesen Standorten verteilen.
Wie digitale Zwillinge eingesetzt werden
Digitale Zwillinge können durch die Nachbildung von Sensoren und Systemen und durch die Modellierung verschiedener Szenarien einen umfassenden und durchgängigen Überblick über das Geschehen in der Fabrikhalle geben.
Hersteller können digitale Zwillinge beispielsweise für folgende Zwecke nutzen:
- Ermöglichung von „Was-wäre-wenn“-Analysen und Szenarioplanung, um die Auswirkungen z. B. von Prozessänderungen oder Layoutanpassungen zu untersuchen.
- Erkennung von Problemen, bevor sie Geld, Zeit und Ressourcen kosten.
- Erkennung von Möglichkeiten zur Verbesserung des Produktdesigns.
- Tests für Optionen in der Produktvielfalt mit minimalem Zeit- und Kostenaufwand.
Ein Anwendungsfall für einen digitalen Zwilling: Automobilbau
Eine Branche, die den Weg für digitale Zwillinge ebnet, ist die Automobilindustrie. Sie nutzt verschiedene Funktionen digitaler Zwillinge, um Fahrzeugdesign, Herstellung, Leistungsüberwachung, Wartung und Entwicklung des autonomen Fahrens zu verbessern.
Fahrzeugdesign und Fertigung
In der Designphase die Hersteller detaillierte virtuelle Modelle von Fahrzeugen, bevor diese physisch gebaut werden. Ingenieure simulieren und analysieren verschiedene Aspekte des Fahrzeugs und des Produktionsprozesses, um Probleme vor der Implementierung in der Praxis zu replizieren, zu testen und zu identifizieren.
Leistung und Wartung von Fahrzeugen
Zur Überwachung der Echtzeitdaten helfen die Sensoren bei der Modellierung der Batterielebensdauer, der Motorfunktion und der Fahrdynamik. Diese Informationen fließen in ein digitales Zwillingsmodell jedes Fahrzeugs ein.
Die gesammelten Daten können auch zur Vorhersage des Wartungsbedarfs verwendet werden, indem Echtzeitdaten mit der erwarteten Leistung des digitalen Zwillings verglichen werden.
Autonomes Fahren und KI
Das Testen und Verfeinern von Systemen durch Simulation und digitale Zwillingstechnologie unter einer Vielzahl von Bedingungen ist sicherer als reale Tests. Außerdem sind die Tests robuster als die, die auf realen Straßen möglich sind.
Digitale Zwillinge sind auch für das Training von Algorithmen des maschinellen Lernens für autonome Fahrzeuge unerlässlich. Riesige Mengen an gesammelten Daten werden genutzt, um die für das autonome Fahren verantwortlichen Systeme der künstlichen Intelligenz (KI) kontinuierlich zu trainieren und zu verbessern.
Die potenziellen Fallstricke digitaler Zwillinge
Digitale Zwillinge bieten Herstellern die Möglichkeit, die digitale Transformation erheblich voranzutreiben, aber es gibt auch einige Überlegungen, die Sie berücksichtigen sollten.
Datenschutz und Datensicherheit
Die Technologie des digitalen Zwillings erfordert eine umfangreiche Datenerfassung, die Datenschutz- und Sicherheitsbedenken aufwerfen kann. Da diese Systeme große Mengen detaillierter Informationen sammeln und speichern, kann es schwierig sein, sensible Daten zu schützen und zu bewahren. Um unbefugten Zugriff und Datenschutzverletzungen zu verhindern, sind robuste Cybersicherheitsmaßnahmen erforderlich, die weitreichende Folgen haben können.
Komplexität und Kosten
Die Einrichtung und Wartung digitaler Zwillinge kann insbesondere für kleine und mittlere Hersteller kostspielig und komplex sein. Anforderungen wie spezialisierte Sensoren und unterschiedliche Datensätze erfordern erhebliche Zeit- und Geldinvestitionen. Aus diesem Grund kann ihr Einsatz bei komplexen Produkten oder in Branchen mit hochwertigen Vermögenswerten gerechtfertigt sein.
Datengenauigkeit
Digitale Zwillinge sind auf genaue Daten angewiesen. Eine sorgfältige Datenerhebung und -validierung ist entscheidend für die Wirksamkeit von digitalen Zwillingen. Andernfalls können Ungenauigkeiten die Zuverlässigkeit von Vorhersagen und Entscheidungen, die auf der Grundlage dieser Modelle getroffen werden, erheblich beeinträchtigen.
Technologische Einschränkungen
Digitale Zwillinge haben Grenzen, was sie in der realen Welt abbilden können. Während sie wertvolle Erkenntnisse bieten, gibt es auch eine Grenze, wie genau sie reale Szenarien widerspiegeln können. Diese Kluft zwischen der Welt der Simulation und den Feinheiten der realen Welt kann manchmal zu Problemen führen.
Digitale Zwillinge: Ein Teil Ihrer digitalen Transformation
Es besteht kein Zweifel daran, dass die Bewegung hin zum digitalen Zwilling in der Fertigung dauerhaft sein wird.
Digitale Zwillinge sind nur ein Beispiel für die vielen Vorteile, die sich aus der digitalen Transformation und der industriellen Automatisierung ergeben und den Herstellern helfen, Zeit, Ressourcen und Geld zu sparen.