Was ist ein Digital Twin?
Ein Digital Twin (deutsch: „digitaler Zwilling“) bezieht sich auf ein computergestütztes Modell eines materiellen oder immateriellen Objekts. Selektiv wird auch der Begriff „digitaler Avatar“ verwendet. Das Objekt, welches Sensoren verwendet, um Daten über Zustand oder Position zu sammeln, ist mit einem System verbunden, welches die Sensordaten empfängt, verarbeitet und auswertet. Digital Twins können dadurch die operative und auch finanzielle Leistungsfähigkeit eines Objekts wie einer Anlage oder einer Dienstleistung verbessern. Digital Twins werden durch sachverständige Experten sowie aus gesammelten Echtzeit-Daten der Objekte erstellt.
Folgende drei Elemente erfordert ein Digital Twin:
- das abzubildende reale Objekt
- den digitalen Zwilling im virtuellen Raum
- Informationen, welche die beiden miteinander verbinden
Nutzen entlang des Lebenszyklus
Ein Digital Twin kann Nutzen in den Phasen des Lebenszyklus eines Objekts stiften. Dabei geht es um den Umgang mit komplexen Produktanforderungen, schnellen Entwicklungszyklen und strengen regulatorischen Anforderungen. Ein Digital Twin hilft dabei, die Auswirkungen von verschiedenen Design‐Alternativen zu erforschen und Simulationen und Tests durchzuführen, um sicherzustellen, dass die Produktdesigns die Anforderung erfüllen. So kann der Zwilling helfen, bessere Effizienz, Qualität und höheren Ertrag in der Erstellung zu erreichen. Ein Digital Twin kann unter anderem eingesetzt werden, um die Verfügbarkeit von Objekten (z.B. Maschinen) zu verbessern. So kann ein digitaler Zwilling z.B. für die Ersatzplanung oder der Eruierung von Upcycling‐Potenzialen eingesetzt werden.
Die reale mit der virtuellen Welt verschmelzen
Die Entwicklung eines neuen Produkts, die Planung einer neuen Anlage oder der Produktion mit Hilfe digitaler Tools erzeugt ein detailliertes virtuelles Abbild, den Digital Twin.
Der Digital Twin führt dank der Kombination physikbasierter Simulationen mit Datenanalysen in einer vollständig virtuellen Umgebung zu neuen Erkenntnissen. Damit lassen sich Innovationen schneller und zuverlässiger einführen, wofür deutlich weniger reale Prototypen nötig sind.
Wenn das Produkt schließlich real produziert wird oder eine Anlage ihren Betrieb aufnimmt, entstehen weiterhin Daten. Diese Performance‐Daten der realen Produktion und des realen Produkts können erfasst, analysiert und zurück in die Entwicklung gespielt werden. Dort helfen sie dabei, neue Produkte und Prozesse frühzeitig zu verbessern und zu optimieren.
Simulationen
Maschinenbauer müssen zunehmend individualisierte Maschinen umsetzen, und das innerhalb kurzer Zeit. Langwierige Testphasen können sie nicht mehr abwarten. Wie können sie also ihre Maschinen schneller auf den Markt bringen? Die Simulation und der Digital Twin spielen dabei eine zentrale Rolle.
Wer kennt das nicht, die Frustration, die sich breitmacht, wenn ein arbeitsreiches Projekt nicht den gewünschten Anforderungen entspricht oder nicht so funktioniert wie gedacht. Plötzlich steht das Projekt wieder ganz am Anfang. Besonders verheerend ist diese Situation, wenn es sich bei dem Projekt um eine teure und aufwendige Maschine handelt und die investierte Zeit bei mehreren Wochen oder sogar Monaten liegt. Kann der Entwickler seine Maschine aber vorab virtuell testen, lassen sich Fehler erkennen und beheben, bevor die Maschine gebaut wird.
Eine neue Maschine muss schnell verfügbar sein und den Erwartungen des Kunden exakt entsprechen. Bei der Präsentation des fertigen Produkts festzustellen, dass die Maschine stark von den ursprünglichen Vorstellungen des Kunden abweicht, kann sich niemand leisten. Weder der Maschinenbauer, der eine komplette Maschine sozusagen umsonst entwickelt hat, noch der Maschinenbetreiber, der seine Produkte nicht produzieren kann, weil er auf die neue Maschine warten muss.
Digitale Tests
Um nicht in dieser Sackgasse zu landen, setzen Maschinenbauer auf Simulation. Mit unterschiedlichen Simulationswerkzeugen lassen sich von einzelnen Mechanismen über ganze Maschinen bis hin zu komplexen Anlagen sämtliche Vorgänge anhand eines digitalen Zwillings testen.
Der Digital Twin ist ein exaktes virtuelles Abbild der realen Maschine, das sich genauso verhält und funktioniert wie sein realer Zwillingsbruder. So muss der Entwickler während des Entstehungsprozesses einer Maschine keine Hardware‐Prototypen mehr anfertigen. Die reale Maschine wird erst gebaut, wenn sie den digitalen Test bestanden hat, alle Funktionen reibungslos ablaufen und die Vorstellungen des Kunden erfüllt werden. Das spart Zeit und Geld.
Bei Fragen oder Anregungen zum Thema Digital Twin oder zur Digitalen Transformation stehen wir Ihnen gerne beratend zur Seite. Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme.
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