Digital Twin

Der Digitale Zwilling – Innovation in der Produktion

Bereits seit etwa zwei Jahren ist ein Begriff im Umlauf, der für die digitale Modernisierung von Produktion und Geschäftsprozessen steht: der Digitale Zwilling. Grundsätzlich geht es dabei darum, physische Objekte der Produktion sowie die Zugrunde liegenden Prozesse in all ihren Eigenschaften digital zu simulieren. Herstellungsprozesse, die bisher aufwendige Versuche mit Prototypen vorraussetzten und dabei viel Zeit und Kosten verursachten, können durch den Digitalen Zwilling am Computer realitätsnah, einfach und kostengünstig durchgeführt werden.

Welche Technologien stehen dahinter?

Der Digitale Zwilling (Englisch: Digital Twin), gilt als eine Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0. und ist damit essentiell für die Zukunft der industriellen Produktion. Ausgangsbasis ist die Bestückung aller Maschinen einer Anlage oder sogar einer ganzen Fabrik mit Sensoren, die detaillierte Informationen in Echtzeit über den aktuellen Zustand der Produktion an ein Backend senden. Dort werden die Daten, auch Reports genannt, zusammengeführt und verknüpft. Für eine skalierbare Datenübertragung sorgen Wlan, LTE oder für Prozessdaten Feldbus-Systeme wie etwa EtherCAT. Um die dabei anfallenden großen Datenmengen auch verarbeiten zu können, werden zumeist Methoden und Techniken aus dem Big-Data-Bereich verwendet.

Auf eine detaillierte Auflösung kommt es an  

Der Digitale Zwilling ist im Grundsatz die Weiterentwicklung von schon bestehenden Vorgehensweisen wie etwa der technischen Zeichnung. Im Entwicklungssektor der Automobilindustrie gehört die Arbeit mit virtuellen Prototypen bereits zum Standard. Dies stellt einen maßgeblichen Fortschritt dar. Die Exaktheit der digitalen Kopie ist ausschlaggebend für die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten solcher Simulationen. Das Ideal besteht darin, die Realität so genau wie möglich in einer Software abzubilden. Daher stammt auch der vielsagende Begriff ‘Zwilling’. Ein digitaler Zwilling ist nicht identisch mit seinem analogen Verwandten aber er soll ihm möglichst nahe kommen. Wichtig ist: je mehr Informationen über eine Maschine oder einen Prozess und dessen Auswirkungen im System erfasst werden, desto präziser sind auch die berechneten Vorhersagen, die sich daraus ergeben. Sprechen wir von einem Produkt wie etwa einem Werkstück, so sind es nicht bloß die Abmessungen, die von Bedeutung sind, sondern auch die Materialeigenschaften wie Verschleißdauer, thermische Stabilität oder die Interaktion mit hinzugefügten Bauteilen. Je mehr Parameter für den jeweiligen Gegenstand oder Prozess digital erfasst werden, umso aussagekräftiger werden die darauf aufbauenden weiteren Anwendungsmöglichkeiten. Die Qualität eines Digitalen Zwillings kann daher mit einem Foto verglichen werden, das mit zunehmender Auflösung auch mehr Details abbildet. Insider sprechen daher von der Granularität und der Datendichte, welche das Verwendungspotenzial eines Digitalen Zwillings bestimmt.

Der Digitale Zwilling bringt Vorteile

In der Produktion können Digitale Zwillinge über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts entlang der Wertschöpfungskette genutzt werden. Bereits in der Produktentwicklung können mit rein digital erstellten Prototypen alle nötigen Anforderungen getestet werden. Die aufwendige und kostspielige Herstellung physischer Prototypen entfällt. Der Digitale Zwilling kann wie sein analoges Ebenbild getestet und seine spätere Verwendung simuliert werden. Auch die Effizienz und Qualität der realen Produktion kann durch den Einsatz von digitalen Zwillingen gesteigert werden. Dies gilt genauso für die Planung von zugehörigen Lieferungen und Dienstleistungen in der analogen Produktion. Die Begleitung von Herstellungsprozesse durch digitale Zwillinge ermöglicht kürzere Anlaufzeiten, geringere Ausfallraten und eine frühzeitige Erkennung möglicher Probleme. Zulieferer oder Kunden können von Anfang an in den Entwicklungsprozess miteinbezogen werden, um die Erfüllung ihrer Anforderungen direkt digital zu erproben und zu optimieren.

Industrie 4.0 und die Smart Factory

Die Zukunft der Produktion ist also eng verbunden mit dem Digitalen Zwilling. Die intelligente und vernetzte Fabrik wird zur Smart Factory. Wenn jede Maschine und alle Informationen, die beispielsweise von Tanks oder dem Lager kommen können, in einem System zusammengeführt werden, zunehmend auch in der Cloud, dann wird vom Internet-of-Things (IoT) gesprochen. Der Digitale Zwilling ist ein wichtiger Teilbereich der fortlaufenden Weiterentwicklung technologischer Trends, die in dieser Innovation zusammen finden. Die baldige Einführung des schnellen Mobilfunkstandards 5G wird die Vernetzung und Digitalisierung in der Indurstrie noch weiter beschleunigen.

Der Digitale Zwilling und die Organisation

Über den Einsatz in der Produktion hinaus, ist die Übertragung der gesamten unternehmerischen Organisation und ihrer Prozesse in den digitalen Raum ein weiteres Anwendungsfeld des Digitalen Zwillings. Man spricht dabei vom DTO, dem Digital Twin of Organisations. Ähnlich wie bei der Business Intelligence, geht es dabei um alle live erfassten Operationen, die beispielsweise durch Produktion, Zulieferer, Kundenbestellungen und Mitarbeiter angestoßen werden. Ziel ist die Ermöglichung einer Vogelperspektive auf die Organisation. Auch der Faktor Zukunft kann somit verstärkt berücksichtigt werden. Denn die digitale Spiegelung des Unternehmens erlaubt das Durchspielen, Messen und Auswerten unterschiedlicher Szenarien was die Entscheidungsgrundlage für das organisatorische Handeln maßgeblich beeinflusst. 

Welche Szenarien sehen Sie für die Aufstellung Ihres Unternehmens im digitalen Zeitalter als entscheidend an? Setzen Sie sich gerne mit uns zu einer Diskussion in Verbindung.