Digitaler Zwilling:Den Kreislauf vom Betrieb zum Design schließen

Die Leistungsfähigkeit der digitalen Zwillingstechnologie wird verstärkt, wenn Modelle für diskrete Geräte zu einer Betriebsansicht auf Systemebene kombiniert werden.

Die breite Einführung des Industrial IoT (IIoT) weckt das Interesse an der Digital-Twin-Technologie. Das IIoT bringt vernetzte intelligente Geräte und Analysen auf eine Weise zusammen, die es Unternehmen ermöglicht, wertvolle neue Erkenntnisse über ihre Systeme und Prozesse zu überwachen, zu sammeln, auszutauschen, zu analysieren und bereitzustellen. Diese Erkenntnisse können dazu beitragen, intelligentere und schnellere Geschäftsentscheidungen zu treffen.

Wenn ein physisches System mit einer digitalen Darstellung gekoppelt wird, können die gewonnenen Erkenntnisse den Herstellern zusätzliche Vorteile in verschiedenen Aspekten ihrer Betriebsabläufe bringen, die Aspekte von der intelligenten Fertigung über die Optimierung der Lieferkette bis hin zu Produkt- oder Serviceinnovationen abdecken.

Das Interesse an der Digital-Twin-Technologie boomt in vielen Branchen. Der Markt, der 2020 auf 3,1 Milliarden $ geschätzt wird, wird bis 2026 voraussichtlich 48,2 Milliarden $ erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 58 % von 2020 bis 2026 entspricht. Dieses Wachstum ist auf die erwartete Nutzung digitaler Zwillinge für Design, Simulation, MRO (Wartung, Reparatur und Überholung), Produktion und Kundendienst, laut MarketsandMarkets. Es wird erwartet, dass Industrieunternehmen nach der Pandemie ein hohes Wachstum bei Digital-Twin-Lösungen verzeichnen werden. Viele setzen solche Lösungen für ihren End-to-End-Betrieb ein, um Verluste aufgrund der Pandemie zu minimieren.

Vielfältige Anwendungsbereiche für industrielle digitale Zwillinge

Ein digitales Zwillingsmodell verwendet Daten von IoT-Geräten und anderen Sensoren, um den Zustand des Geräts oder der Ausrüstung zu ermitteln. Die in diesen Modellen gewonnenen Erkenntnisse können auf verschiedene Weise verwendet werden, darunter:

Betriebszwillinge: In vielen Fällen sind Geräteprobleme auf falsche Verwendung zurückzuführen. Beispielsweise könnte ein Gerät außerhalb seines normalen Temperatur- oder Druckbereichs betrieben werden, oder es könnte mit einer höheren Geschwindigkeit als empfohlen laufen. Wenn das Problem nicht behoben wird, kann es sich auf das Gerät selbst auswirken und möglicherweise zu einem unerwarteten Ausfall oder einer aggressiven Verschlechterung führen. Mithilfe eines digitalen Zwillings des Teils könnte die Datenanalyse des aktuellen Zustands eines Geräts dazu beitragen, solche Betriebsbedingungen außerhalb der Spezifikation zu identifizieren. Simulationen könnten helfen zu untersuchen, ob es in Ordnung ist, die Leistung eines Geräts zu steigern oder es in seiner aktuellen Umgebung zu betreiben. Wenn nicht, könnten Änderungen vorgenommen werden, um die aktuelle Leistung des Geräts in einer Arbeitsumgebung zu optimieren.

Voraussagbarer Zwilling: Ein digitaler Zwilling kann für Do-what-if-Analysen verwendet werden. Beispielsweise könnte ein Hersteller Kompromisse eingehen:Wenn ich die Geschwindigkeit erhöhe, mit der ein Gerät arbeitet, wie hoch ist die unmittelbare Verbesserung der Ausgabe. Verwenden Sie dann dieselbe Simulation, um die Auswirkungen dieser Geschwindigkeitserhöhung auf die Ausrüstung herauszufinden. Braucht es eine häufigere Wartung? Würde es schneller scheitern? Anschließend könnte eine Kostenanalyse durchgeführt werden, bei der die Nettoumsatzsteigerung bei einer Produktionssteigerung durch Betrieb des Geräts mit einer höheren Rate mit den höheren Kosten für die Wartung oder den häufigeren Austausch der Ausrüstung verglichen wird.

Rückblick auf Produktdesign und Marketing: Ein Produktdesignteam kann Daten verwenden, die über die im Feld verwendete Ausrüstung gesammelt wurden, um das Produkt zu verbessern oder zu optimieren oder neue Funktionen basierend auf seiner aktuellen Verwendung hinzuzufügen. Funktioniert es besser als erwartet? Vielleicht würde eine sparsamer gestaltete Version ausreichen. Ebenso kann es sich herausstellen, dass ein Gerät in bestimmten Umgebungen die angegebenen Spezifikationen übertrifft. Marketing und Vertrieb können diese Informationen mit anderen Kunden in denselben Umgebungen teilen.

Verbundene digitale Zwillinge: Die Leistungsfähigkeit der digitalen Zwillingstechnologie wird verstärkt, wenn Modelle für diskrete Geräte zu einer Betriebsansicht auf Systemebene kombiniert werden. Beispielsweise könnte ein Hersteller in der Luftfahrt einzelne digitale Zwillinge verschiedener Motorkomponenten und ein Modell haben, mit dem er simulieren und beobachten kann, wie diese Elemente zusammenarbeiten. Intelligente Gebäude verwenden häufig Kombinationen aus intelligenten Räumen, intelligenten Aufzügen, intelligenten HLK-Systemen und mehr Nutzen Sie synergistische Vorteile, wenn ein Entwickler oder Gebäudeeigentümer verstehen kann, wie diese Systeme einander ergänzen und zusammenarbeiten können.

Modelle und Zwillinge auf Systemebene

Vernetzte digitale Zwillinge in der Fertigung könnten zwei Wege einschlagen. Eine wäre, sich darauf zu konzentrieren, wie ein komplexes Gerät funktioniert, indem Modelle der Teile, aus denen das System besteht, integriert werden. Ein solches Modell ist das Äquivalent zu einem Flugzeugtriebwerkshersteller, der ein ganzes Triebwerk anhand von Modellen seiner Teile simuliert.

Hersteller können Echtzeit-Einblicke aus Systemen von Systemen sammeln, um es Ingenieuren zu erleichtern, verborgene Abhängigkeiten zu finden und Schritte zur Neukalibrierung der Ausrüstung zu empfehlen. Die gewonnenen Erkenntnisse darüber, wie die Ausrüstung in ihrer tatsächlichen Umgebung funktioniert, könnten von Ingenieuren und Wartungsteams genutzt werden, um Anpassungen vorzunehmen und die Leistung der Ausrüstung zu optimieren.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Simulation und Modellierung von Herstellungsprozessen, bei denen Zwillinge für verschiedene Ausrüstungen erstellt werden, die in einer Produktionslinie verwendet werden. Beispielsweise könnte eine komplexe Montagelinie einen digitalen Zwilling von Robotersystemen umfassen, die Gegenstände auf ein Förderband legen, ein weiteres für eine Mühle, ein weiteres für ein Schweißwerkzeug und mehr.

Ein zusammengesetzter digitaler Zwilling mit diesen Elementen würde einem Hersteller tiefere Einblicke in die End-to-End-Prozesse ermöglichen. Im virtuellen Modell könnten Anpassungen vorgenommen werden, um zu sehen, welche Auswirkungen die Änderungen auf das fertige Produkt, die Produktionsraten, die Qualität und mehr haben würden.

Auf dem Weg zu Industrie 4.0

Konnektivitätstechnologien und die gesammelten Daten sind für einen Ausrüstungs- oder Gerätehersteller unerlässlich, um an zukünftigen Brancheninitiativen wie Industrie 4.0 teilzunehmen. Smart-Manufacturing-Initiativen können Fabriktransparenz, vorausschauende Wartung, Modellierung und Simulationen kombinieren, um Echtzeit-Einblicke in den aktuellen Betrieb der Ausrüstung zu erhalten, wie ihr Betrieb verbessert werden kann und wie sich dies auf die wichtigsten Leistungsindikatoren auswirkt.