Die Leistungsfähigkeit und Fallstricke digitaler Zwillinge in der Fertigung

In zehn Jahren wird es wahrscheinlich einen digitalen Zwilling geben für Verbrauchergeräte, Industriemaschinen, das Stromnetz, die Öl- und Gasinfrastruktur und sogar ganze Fabriken. Doch während digitale Zwillinge derzeit heiß begehrt sind, ist nicht immer klar, was genau damit gemeint ist. Während es klar ist, dass es sich um datenbasierte Darstellungen von physischen Objekten handelt, variiert die Auflösung aktueller Digital-Twin-Projekte erheblich. „Es gibt digitale Zwillinge, digitale Beinahe-Zwillinge, digitale ‚Doppelgänger‘ und digitale ‚Wunsch-wir-bezogen‘-Zwillingsgrade“, sagt Dan Miklovic, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei LNS Research. „Wir sehen, dass viele Unternehmen heute sehr kleine ‚DNA-Stränge‘ der digitalen Zwillinge verwenden, wobei die Technologie in den nächsten Jahren viel wichtiger wird.“

Anfang 2018 ist der digitale Zwilling noch eine aufstrebende Technologie, obwohl seine Wurzeln bis ins Jahr 2003 zurückreichen, als Michael Grieves, Ph.D. stellte das Konzept in einem Executive-Kurs zu Product Lifecycle Management an der University of Michigan vor. Letztes Jahr hat Gartner die Technologie auf halbem Weg des anfänglichen Aufstiegs der „Innovation Trigger“-Phase seines Hype-Zyklus verankert, der eher wie ein Achterbahn-Lifthügel aussieht, dessen Gipfel als „Peak of Inflated Expectations“ bezeichnet wird

Da digitale Zwillinge eine aufstrebende Technologie sind, bleiben viele ihrer Versprechen unscharf und mit dem Marketing-Pitch für Technologien wie IIoT, Analytik, maschinelles Lernen, künstliche Intelligenz und Cognitive Computing verknüpft. Die Grundidee ist, dass der digitale Zwilling die Produktivität steigern und physische Assets, Prozesse oder Systeme optimieren kann. „Der digitale Zwilling ist heute die beste Möglichkeit für Industrieunternehmen, zu simulieren und zu experimentieren, ohne ein Produktionssystem zu berühren. Sie können Modelle mit präzisen Echtzeitdaten erstellen. Das ist etwas extrem Neues“, sagte Poniewierski.

Darüber hinaus können digitale Zwillinge gleichzeitig die Zusammenarbeit zwischen Mitarbeitern fördern, die, nachdem sie digitale Zwillinge zur Erkennung eines Problems eingesetzt haben, ihre Ressourcen bündeln können, um es anzugehen. Zu den vorgeschlagenen Vorteilen digitaler Zwillinge in der Industrie gehören die folgenden:Unterstützung von Herstellern bei der Verbesserung der Qualität von Fertigprodukten, Bereitstellung von Fähigkeiten zur vorausschauenden Wartung von Fertigungsanlagen, Unterstützung von Herstellern beim Übergang vom Verkauf industrieller Ergebnisse anstelle einzelner Produkte und Unterstützung von Industrieunternehmen bei der Optimierung ihrer Maschinen , Produkte, Produktionslinien oder ganze Anlagen. Zufällig waren all diese Vorteile direkt mit dem IIoT selbst verbunden.

Einer der Hauptvorteile der Digital-Twin-Technologie ist ihr Potenzial, Experimente voranzutreiben. „Ein Hersteller könnte einen digitalen Zwilling beispielsweise für eine Predictive-Maintenance-Anwendung erstellen. Sie können dann das reale Verhalten der Maschine für ihre Bediener, Maschinen und Lieferanten trainieren und im Wesentlichen einen Echtzeit-Teststand zur Verbesserung der Produktionsqualität aufbauen“, sagte Poniewierski. „Sie werden vielleicht erkennen, dass das Experimentieren mit digitalen Live-Zwillingen beispielsweise einen Dollar kostet, während die Durchführung desselben Experiments in einer Entwicklungsumgebung 100 Dollar kostet.“

Ein digitaler Zwilling hat laut Gartner vier wesentliche Merkmale, die alle eng mit dem „Ding“ in einem Internet-of-Things-Projekt verbunden sind. Erstens gibt es ein Modell des „Dings“, das es repräsentiert. Zweitens gibt es Daten über dieses Ding wie seine Identität, seinen Status und seinen Kontext. Drittens gibt es die Einzigartigkeit eines Zwillings. Mit anderen Worten, jeder digitale Zwilling entspricht einem einzigartigen Objekt. Schließlich überwacht der digitale Zwilling den Status eines IoT-„Dings“. „Sie können den Zwilling um Informationen zu dem Ding bitten“, erklärte Nick Jones, Vice President, Distinguished Analyst bei Gartner auf dem Gartner Symposium im November 2017 in Barcelona. Optional können digitale Zwillinge auch mit Analytics für Anwendungen wie Predictive Maintenance ausgestattet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass digitale Zwillinge physische Objekte steuern. Schließlich sind einige digitale Zwillinge in der Lage, das „Ding“, das sie replizieren sollen, zu simulieren.

Um es klar zu sagen, die Idee, ausgeklügelte Modelle physischer Produkte zu verwenden, ist nicht neu. Organisationen wie die NASA verwenden seit vielen Jahren fortschrittliche Simulationen für Raumfahrzeuge. Was digitale Zwillinge auszeichnet, ist ihre Verbindung zum vernetzten Sensordaten-Streaming von IoT-fähigen Objekten, die es ihnen ermöglicht, Erkenntnisse zu gewinnen und Aktionen basierend auf Sensoren und intelligenten Maschinen auszulösen digitalen Welten. Das Konzept, diese physischen und virtuellen Modelle zusammenzubringen, ist zwar nicht neu, aber unvollständig, wie Grieves feststellte.

Hersteller können auch digitale Zwillinge einsetzen, die KI/Maschinelles Lernen am Rand eines Netzwerks bereitstellen, um Anomalien zu erkennen und Datenmuster neben einem sensiblen Gerät in der Fertigung zu erkennen.

Spezielle Anwendungsfälle für die Digital-Twin-Technologie wurden ebenfalls vorgeschlagen und teilweise realisiert. Digitale Zwillinge haben beispielsweise das Potenzial, Industrieunternehmen dabei zu helfen, den Aufwand für Produktentwicklung und Fernwartungsaufgaben zu reduzieren. Darüber hinaus könnten Unternehmen, die während der Produktentwicklung stark auf zerstörende Prüfungen angewiesen sind, einen erheblichen Teil davon virtuell durchführen. Ein Automobilunternehmen könnte beispielsweise die Digital-Twin-Technologie einsetzen, um den Bedarf an Crashtests von Prototypfahrzeugen zu reduzieren. Ebenso könnten Unternehmen, die stark auf den Bau aufwendiger Modelle und Prototypen angewiesen sind, durch den Einsatz digitaler Zwillinge bei der Produktentwicklung Geld sparen. Darüber hinaus könnten Unternehmen, die wertvolle Vermögenswerte an entfernten Standorten betreiben, einen digitalen Zwilling der Ausrüstung verwenden, um die Lebensdauer zu simulieren, wodurch die Notwendigkeit verringert wird, einen Techniker an diesen Standort zu schicken, um den Status zu überprüfen. Digitale Zwillingstechnologien könnten Herstellern auch dabei helfen, den Grad der Ausgereiftheit und Benutzerfreundlichkeit zukünftiger Projektgenerationen zu verbessern und gleichzeitig die Markteinführungszeit zu verkürzen.

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