Digitale Zwillinge erklärt: Innovation beschleunigen und Kosten senken

Während das Konzept der „digitalen Zwillinge“ seit etwa 30 Jahren existiert, ist es unwahrscheinlich, dass die ursprünglichen Prognosen vorhersehen konnten, wo die Technologie heute steht.

Beispielsweise ist für den diesjährigen 36. America's Cup geplant, das weltraumzeitliche, superschnelle AC75-Einrumpf-Yacht zu präsentieren. In Tests nutzte ein Team Digital-Twin-Technologie, um die Leistung von Seeleuten in einem neuen AC75-Boot zu emulieren – eine Leistung, die die Prototypenentwicklung im Vergleich zu früheren Testmethoden radikal beschleunigte.

Nun in Bereichen wie Stadtplanung, Gesundheitswesen und Automobildesign eingesetzt, birgt Digital Twinning auch immenses Potenzial für den Fertigungssektor – hilft bei dessen ständiger Suche nach verbesserter Sicherheit, gesteigerter Produktivität und größerer Effizienz.

Das Detail liegt in den Daten

Angesichts seines neu gewonnenen Status ist der Begriff „digitale Zwillinge“ zu einer Art Sammelbegriff für verschiedene assoziierte Stränge technischer Innovation geworden. Augmented Reality, erweiterte Benutzeroberflächen und 3D-Modellierung – um nur einige zu nennen.

Zusätzlich gibt es das Konzept des „digitalen Fadens“. Dies bezieht sich auf den Kommunikationsrahmen, der einen verbundenen Datenfluss und eine integrierte Sicht auf die Daten eines Assets über dessen gesamten Lebenszyklus ermöglicht. Als Aufzeichnung der Lebenszeit eines Produkts oder Systems, von der Erstellung bis zur Entfernung, ermöglicht der digitale Faden Einblicke über traditionell isolierte Funktionen hinweg.

Und obwohl es wahr ist, dass diese Innovationen alle assoziierte Funktionalität umfassen können, liegt der Kern des echten Digital Twinning in den Daten – pur und einfach. Ein digitaler Zwilling ist im Wesentlichen die Erzeugung oder Sammlung digitaler Daten, die ein physisches Objekt in Echtzeit repräsentieren.

Bezogen auf die Fertigung und hypothetisch seine Kernkomponenten mit menschlichen Eigenschaften assoziiert: Betriebsausrüstung wäre der Muskel, Konnektivität das Nervensystem – und der digitale Zwilling – das ist das Gehirn.

Und so wie wir intuitiv die Fähigkeit unseres Gehirns nutzen, uns zu erinnern, aufzuzeichnen, zu analysieren, zu verarbeiten und vorherzusagen in der realen Welt, so kann Digital Twinning gesammelte Daten analysieren, um dasselbe in der digitalen Welt zu tun. In der Fertigungswelt optimieren die Dateneingaben, die zu digitalem Faden und Digital Twinning beitragen, operative Funktionen, die helfen, Durchsatz zu steigern und Effizienz zu verbessern.

Bewusste Fabrik

In der Fertigung, wo bis zu 90 % der Echtzeit-Fabrikdaten ungenutzt bleiben, bietet Digital Twinning eine starke Grundlage für eine bessere Nutzung dieser Informationen für Prozesseinblicke.

Aus Erfahrung in unserer Oulu „bewussten Fabrik“ haben wir aus erster Hand Wissen darüber, wie die in Betriebsausrüstung eingebettete Intelligenz genutzt wird, um diese Einblicke über Digital Twinning zu bewerten.

Beispielsweise die Überwachung der Produktionsumgebung. Hier können mithilfe verschiedener Datenquellen Abweichungen in Luftfeuchtigkeit und Temperatur beobachtet werden, mit automatischen Alarmen, die ausgelöst werden, um zu identifizieren, wo Anpassungen oder Wartung notwendig sein könnten.

Digital Twinning bietet auch automatisierte Echtzeit-Prozessanalytik über verbundene Maschinen und Datenquellen, was die Fehlererkennung und -korrektur beschleunigt. Und mit der Überwachung des Montageprozesses, ebenfalls in Echtzeit, kann der Status und Fortschritt jeder Roboterzelle jederzeit von einer zentralen Benutzeroberfläche eingesehen werden, mit einer Transparenz bis hin zum einzelnen Produkt.

Infrastruktur ist entscheidend

Natürlich gibt es Infrastrukturanforderungen, die notwendig sind, um dieses Maß an Einblick zur Realität zu machen.

Eingebettete Intelligenz ist die erste Voraussetzung für digitale Zwillinge. Das Internet der Dinge (IoT) lässt die Anzahl der Sensoren in Fertigungsanlagen buchstäblich explodieren. Und diese Zunahme an datengenerierender Fähigkeit wird zunehmend bereits in der Designphase in Produktionsausrüstung eingebaut. Die Fähigkeit, Daten zu verarbeiten und zu standardisieren, muss auch durch analytisches Know-how ergänzt werden, das Sinn aus dem Generierten machen kann.

Die richtige Art flexibler, robuster Konnektivität ist ebenfalls entscheidend. Dies bedeutet in der Regel Konnektivität auf industriellem Niveau, die Wi-Fi-Leistung übertrifft. Immer mehr Hersteller bewegen sich zu 4G/LTE und 5G privaten drahtlosen Netzwerken, um die für datenhungrige operative Technologie notwendigen Zuverlässigkeit, Sicherheit und hohe Bandbreite zu liefern.

Als Teil ihrer Digitalisierungs- und Industrie-4.0-Reise schauen Hersteller auch auf künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen, Automatisierung und erweiterte Intelligenz. All diese augenfälligen Fähigkeiten erfordern jedoch eine herausragende Konnektivitätsvoraussetzung: niedrige Latenz.

Echtzeit und vernetzt

In diesem Zusammenhang ist 4G/LTE der Mindeststandard für drahtlose Konnektivität, der die Art von niedriger Latenz und schneller Reaktionszeit liefert, die digitale Zwillinge effektiv macht – Daten instantan liefernd und sofortige Bedienerreaktion ermöglichend. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, Daten blitzschnell zu verarbeiten, was Edge Computing zu einem Muss macht.

5G hält ein noch größeres Versprechen für die Fertigung bereit, während sich der Standard weiterentwickelt und das unterstützende Ökosystem wächst. Mit dem 5G-Standard in laufender Entwicklung werden nachfolgende Releases neue Fähigkeiten wie zeitkritische Kommunikation bieten. Dies wird eine engere Synchronisation von Kommunikation und Steuerung zwischen Geräten sowie verbesserte Positionierung und Lokalisierung liefern.

Zusätzlich muss die Systemvernetzung berücksichtigt werden; was die Notwendigkeit hervorhebt, über verschiedene Standards und Protokolle, die in Produktionsanlagen verwendet werden, zu kommunizieren und zu integrieren. Hier muss Netzwerkkonnektivität eine Art einfache, straffe „Datenaustausch“-Möglichkeit bieten, wobei industrielle Konnektoren als wichtiger Teil der Gleichung fungieren, die Systeme effektiv miteinander sprechen lässt.

Vorteile

Da Anbieter diese Infrastrukturanforderungen nun schnell adressieren, sind die potenziellen Vorteile für Hersteller substanziell. Automatisierung von Unterstützungsprozessen, Echtzeit-Reporting, verbesserte Fabrikleistung, überlegene Qualitätssicherung und schnelle Reaktionszeiten werden alle durch Digital Twinning des Geschehens auf dem Shopfloor ermöglicht.

Der Digital-Twin-Ansatz bietet einen hervorragenden Weg für Hersteller, flexibel zu modellieren, wie Workflows und Ressourcen auf sich ändernde Produktanforderungen und Auftragspipelines reagieren können.

Und obwohl digitale Zwillinge es uns ermöglichen, so viel mehr zu tun, ersetzen sie nicht den menschlichen Faktor. Das Ziel von Industrie 4.0 sollte sein, menschliche Intelligenz zu erweitern, nicht zu ersetzen. Digitale Zwillinge erweitern menschliche Einblicke in Fertigungsprozesse und可以说, sie können nicht nur den America's Cup, sondern auch die Nutzung von Daten, um zu identifizieren, wo Branchen Sicherheits-, Produktivitäts- und Effizienzgewinne erzielen können, zu „plain sailing“ machen.

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