Digital Twin - Schlüsseltechnologie für die Industrie der Zukunft

Präzision in Echtzeit - Wie Digital Twins die Industrie revolutionieren!

Digital Twins stehen zunehmend im Fokus der Industrie und sind fester Bestandteil einer fortschrittlichen Digitalisierungsstrategie. Nicht nur in der Industrie, sondern auch bei uns nimmt das Thema immer mehr Raum und Bedeutung ein und unterstreicht somit seine aufstrebende Relevanz.

In aktuellen Projekten erarbeiten wir für unsere Kunden immer mehr Lösungen in diesem Bereich und setzen diese um. Mit vollständigen digitalen Abbildungen von Anlagen & Prozessen eröffnet sich eine Bandbreite neuer Möglichkeiten.

Für ein besseres Verständnis nehmen wir euch mit auf einen Exkurs in die Thematik und erläutern euch einmal unsere Arbeit in diesem Bereich. 

Digitaler Zwilling - ein kurzer Überblick zur Grundidee der Technologie:

Digitale Zwillinge haben großes Potenzial, die Prozesse, Planung und Produktion in der Industrie, aber auch in anderen Anwendungsbereichen zu beschleunigen, zu verbessern oder gar zu revolutionieren. Wir klären kurz auf, worum es sich bei der Technologie eines „Digital Twins“ hierbei überhaupt handelt:

Grundidee eines digitalen Zwillings ist eine exakte digitale Replik eines physischen Produkts, Prozesses oder Systems. Die virtuelle Kopie wird kontinuierlich mit Echtzeitdaten mittels IoT-Devices gespeist und spiegelt so exakt wie möglich den Zustand und das Verhalten seines realen Gegenspielers wider. Mögliche Daten können hierbei Temperatur, Druck, Bewegung, Vibration, Geschwindigkeit, Position und viele weitere Messwerte sein.

Die Verbindung zwischen dem physischen Objekt und seiner digitalen Reproduktion erfolgt über Sensoren, die Daten sammeln und an das virtuelle Modell übertragen. Diese Übersicht ermöglicht eine genauere Betrachtung oder Analyse von Systemen & Prozessen.

Natürlich gibt es hierbei auch diverse Abstufungen im Detailgrad und Umfang sowie auf der Ebene der Komplexität der Digital Twins. Beispielsweise können bei einfachen Modellen Zustände von Maschinen angezeigt werden. Mit größeren und umfangreicheren Datenmengen aber können auch direkte Live-Simulationen am Modell oder Asset durchgeführt werden.

Der Digital Twin bietet in vielen weiteren Bereichen enorme Vorteile. Dazu gehören das Prototypen-Testing in der Entwicklung, die Qualitätsoptimierung, die Prozesssimulation, die Ressourcenoptimierung sowie das Monitoring. Die Liste der Anwendungsbereiche kann beliebig fortgesetzt werden.

Impact Radar - Gartner 2023 Emerging Technologies & Trends:

Nicht nur bei uns und unseren Kunden nimmt die Thematik immer mehr an Bedeutung zu und Raum ein. Auch das renommierte Institut Gartner, misst dem Thema Digital Twins höchste Bedeutung bei und bescheinigt einen hohen Impact für Industrie & Märkte in den nächsten 1-3 Jahren.

Diesen Trend verfolgen wir als Unternehmen gespannt und sehen klare Parallelen mit zunehmenden Projekten in diesem Bereich.

Modellierung der 3D-Assest & grafische Gestaltung:

Unsere Hauptaufgabe bei der Erstellung von Digital Twins liegt in der realitätsnahen Gestaltung & Umsetzung der 3D-Modelle. Hierbei ist immer in Abstimmung mit dem Kunden der Detailgrad der 3D-Assets zu bestimmen und diese genau auf den vorgegebenen Zweck hin zu modellieren. Hierbei kommen wieder die eingangs angesprochenen Ebene der detaillierten Gestaltung zum Tragen. Bei einzelne Objekten, bei denen viele Informationen & Komponenten dargestellt werden müssen, sind ein hoher Detailgrad in Bezug auf Materialien, Texturen & Oberflächen entscheidend.

Wichtig bei Simulationen & komplexen Analysen ist es, eine exakte und maßstabsgetreue Skalierung der Modelle zu gewährleisten. Größe, Form & Proportionen sollten mit den Anlagen und Maschinen der realen Welt übereinstimmen. Ja nach Anwendungsfall kann es auch hilfreich sein, interaktive Funktionen in die 3D-Modelle zu integrieren. Wenn User in die Lage versetzt werden, Teile zu bewegen, vorübergehend zu skalieren, Funktionen zu aktivieren oder Prozesse anzustoßen, ermöglicht dieser Grad an Interaktion ein tiefgreifenderes Verständnis. Unterstützt man diese Vorgänge noch mit konkreten Animationen, Kollisionsprüfungen, passender Datenvisualisierung oder bildet reale Interaktionen direkt virtuell ab, verdeutlicht ein Digital Twin Abläufe exakt und leistet einen entscheidenden Beitrag zu einem besseren Verständnis und einer vollständigen Übersicht. Exakt hier liegen somit die Stärken der Technologie und es erschließen sich deren diverse Anwendungsbereiche & Einsatzmöglichkeiten.

Einsatzmöglichkeiten des Digital Twin in der Industrie:

Für Digital Twins sind die Einsatzbereiche, wie Eingangs erwähnt, vielseitig. Wir möchten euch daher 2-3 Ansätze näher erläutern.

Im Shopfloor Management ermöglichen Digital Twins die Echtzeitüberwachung von Produktionsprozessen, Maschinen & Anlagen. Dadurch können Engpässe erkannt, Produktionsabläufe optimiert und Ausfallzeiten minimiert werden. Diese moderne Methode der Prozessteuerung erlaubt den Unternehmen nach erfolgreicher Implementierung, eine schnellere und effizientere Überwachung und Koordination von Produktion & Logistik.

Durch die Überwachung von Maschinen und Anlagen in Echtzeit können Wartungsbedarfe vorhergesagt werden. Die Instandhaltung (Maintenance) wird dadurch zu einem dynamischen Prozess umgewandelt und einem kontinuierlichen und vorhersehbaren Monitoring unterzogen. Abweichungen von den Normalzuständen können frühzeitig erkannt und behoben werden. Das erlaubt es den Unternehmen, ihre Wartungen exakt aufeinander abstimmen zu können und den Prozess kontrollierbarer zu gestalten. Diese Art von Überwachung senkt zusätzlich ungeplante Stillstandszeiten und reduziert Kosten.

Ein weiterer Vorteil, der gerade bei großen und komplexen Anlagen und Produktionsprozessen einen signifikanten Vorteil verschafft, ist die virtuelle Inbetriebnahme. Vor der tatsächlichen Inbetriebnahme kann der Betrieb von Anlagen oder Systemen virtuell simuliert werden. Das hilft, Fehler im Voraus zu identifizieren und abzuschalten, die Feinabstimmung an kostenintensiven Fertigungsprozessen zu gewährleisten und reale Risiken zu minimieren.

Herausforderungen & unser Fazit:

Nicht nur das Institut Gartner bescheinigt der Technologie großes Potenzial und Zukunftsperspektive, auch wir sind von der Bedeutung und den Möglichkeiten überzeugt. Nicht nur in der Industrie, sondern auch in Sektoren wie der Stadtplanung, dem Gesundheitswesen wird die Technologie zu grundlegenden Veränderungen führen und gewohnte Herangehensweisen aufbrechen. Die Kombination mit anderen Technologien wie Augmented Reality, 5G-Technik oder künstlicher Intelligenz wird neue Möglichkeiten hervorbringen.

Natürlich sind auch Hürden zu überwinden und es gehen Risiken damit einher. Bei aller Konnektivität und Transparenz, ist die Datensicherheit als zentrales Element zu beachten. Außerdem ist der komplexe Umfang der Systeme zu verstehen und bei all den scheinbaren Vorteilen auch eine realistische Erwartungshaltung zu schaffen. Unvermeidbar werden Digital Twins auch Auswirkungen auf die Arbeitswelt mit sich bringen. Arbeitskräfte müssen in der Technologie geschult werden und es wird Umstellungen geben müssen. Im Gegenzug werden aber auch neue Entwicklungsprozesse und Potenziale gehoben und Abläufe beschleunigt.

Ein Thema mit Dynamik und Brisanz, aber vor allem eines - spannend!

Wir bleiben für euch am Ball und stellen euch demnächst eines unserer Projekte und Highlights im Bereich Digital Twins vor. Seid also gespannt, was wir zusammen mit einem unserer Kunden in diesem Bereich umgesetzt haben.

GETPIONEERS GmbH

Autor: Jonas Walter