Eine disruptive Technologie ist ein Produkt, ein Konzept oder eine Dienstleistung, die in der Lage ist, die traditionelle Art und Weise, Dinge zu tun, neu zu definieren. Heute wird das Konzept des digitalen Zwillings als bahnbrechende Technologie gepriesen, die die Art und Weise, wie wir entwerfen, komplexe Probleme lösen und zusammenarbeiten, verändern kann. Ein Gartner-Bericht prognostiziert, dass bis 2021 etwa 50 % der Industrieunternehmen digitale Zwillingstechnologien einsetzen werden, um die Leistung der Belegschaft und die Effizienz der Produktion zu steigern. Was also ist dieses bahnbrechende technologische Konzept?
Der digitale Zwilling bezieht sich auf eine Echtzeit-Replik einer physischen Einheit. Bei dieser Einheit kann es sich um ein Lebewesen, ein unbelebtes physisches Objekt oder auch um Vermögenswerte, Prozesse und Systeme handeln, die in der physischen Welt oder Umgebung funktionieren. Obwohl dieses Konzept eigentlich schon drei Jahrzehnte alt ist, hat es durch die Konvergenz der aufkommenden Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (AI) und maschinelles Lernen eine neue Dimension erreicht. Digitale Zwillinge verbinden diese aufkommenden Technologien, um digitale Modelle physischer Einheiten mit der Fähigkeit zur Simulation von Änderungen in Echtzeit, die am physischen Modell auftreten, zu erstellen.
Ein Beispiel dafür, wie dieses Konzept funktioniert, ist die Entwicklung des digitalen Zwillings eines Flugzeugs. Mit dem digitalen Zwilling kann eine Finite-Elemente-Analyse (FEA) durchgeführt werden, um die Ermüdungsgrenze der Flugzeugstruktur zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Simulation können dann genutzt werden, um geeignetere Materialien auszuwählen oder ein haltbareres Flugzeug zu konstruieren. Außerhalb der Fertigung können digitale Zwillinge in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, z. B. im Gesundheitswesen, um zu simulieren, wie der menschliche Körper auf äußere Kräfte reagiert. Zu den Vorteilen der Integration digitaler Zwillinge gehören die Steigerung der Designeffizienz, die Verbesserung der prädiktiven Analyse und die Zusammenarbeit. Aus diesem Grund wird erwartet, dass der Markt für diese Technologie bis 2023 ein Volumen von etwa 15 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Die Vorteile digitaler Zwillinge sind enorm, aber die Herausforderungen, denen sich Unternehmen gegenübersehen, wenn sie sich nicht darauf einlassen, sind noch größer.
Dieser Artikel von befasst sich mit dem Thema:
- Die Herausforderungen, vor denen Unternehmen stehen, wenn sie den digitalen Zwilling nicht in ihre Geschäftsabläufe integrieren.
- Die Auswirkungen der Nichtanerkennung des digitalen Zwillings.
- Die disruptiven Fähigkeiten des digitalen Zwillings.
Die fünf Herausforderungen, denen sich Unternehmen gegenübersehen, wenn sie digitale Zwillinge nicht einbeziehen
Da etwa 50 % der Industrieunternehmen die Verwendung digitaler Zwillinge integrieren, werden die 50 %, die dies nicht tun, definitiv ihren Wettbewerbsvorteil verlieren. Das liegt daran, dass der digitale Zwilling Echtzeit-Simulationsanwendungen in einer Art und Weise neu definieren wird, die eine durchschnittliche 3D-Modellierungssoftware oder eine Building Information Modelling-Plattform nicht anstreben kann. Zu den zu erwartenden Herausforderungen gehören:
Bewahrung alter Lösungen, Entwürfe oder Daten – Da die Generation der Babyboomer täglich in den Ruhestand geht, besteht die Gefahr, dass das Wissen, auf dem alte Anlagen und Systeme beruhen, verloren geht. Dazu gehören die Mylar-Kopien traditioneller Produktionsanlagen oder die Entwürfe alter Militärflugzeuge. Unabhängig von technologischen Fortschritten zerstört der Verlust von Altdaten die Grundlagen, auf denen neuere Prototypen aufgebaut wurden.
Mit Hilfe des Konzepts des digitalen Zwillings können Unternehmen aller Branchen ein genaues digitales Modell von bestehenden Geräten oder Lösungen erstellen. Das digitale Modell kann dann für die Nachwelt gespeichert oder mit dem Ziel analysiert werden, verbesserte Prototypen zu entwickeln. Die Modelle können auch als Material für die Ausbildung der jüngeren Generation von Arbeitnehmern durch Virtual-Reality-Umgebungen verwendet werden.
Verbesserung schlanker Fertigungsprozesse – Toyotas Integration der schlanken Fertigung zur Beschleunigung der Produktion bei gleichzeitiger effizienter Ressourcennutzung ist in der Automobilindustrie zum Mythos geworden. Die Integration von Lean-Manufacturing-Modellen – die zu jener Zeit bahnbrechend waren – half Toyota, die Branche jahrzehntelang zu dominieren. Genau diese Hebelwirkung bietet das Konzept des digitalen Zwillings. Mit dem digitalen Zwilling lassen sich ganze Produktwertschöpfungsketten in Echtzeit optimieren.
A Studie an der Universität Bayreuth, Deutschland, konzentrierte sich auf die Analyse der Auswirkungen von digitalen Zwillingen bei der Erfassung von Echtzeitdaten und der Optimierung von Produktionssystemen. Die Studie verglich die Effizienz digitaler Zwillinge mit den üblichen Wertstromabbildungslösungen. Am Ende zeigten die Ergebnisse , dass digitale Zwillinge den traditionellen Lösungen bei der Datenerfassung, automatischen Ableitung von Optimierungsmaßnahmen und der Erfassung von Bewegungsdaten überlegen sind. Diese Daten, die für die Optimierung der Produktion von entscheidender Bedeutung sind, könnten auch in einer digitalen Zwillingsumgebung zur Optimierung verschiedener Prozesse genutzt werden. Wer also digitale Zwillinge scheut, lässt die Unternehmen im Stich, während Wettbewerber, die dieses Konzept nutzen, Produktionsvariablen in Echtzeit optimieren können.
Einschränkungen bei der Integration und Nutzung von Daten – Die derzeit stattfindende Revolution der Industrie 4.0 stützt sich stark auf die Erfassung und Nutzung von Daten, um wichtige Geschäftseinblicke zu erhalten und Prozesse zu automatisieren. Die derzeit verwendeten Tools oder Anwendungen sind Enterprise Relationship Management-Software und industrielle Cloud-Lösungen. Obwohl diese Lösungen bei der Erfassung von Daten aus intelligenten oder industriellen Internet-of-Things (IIoT)-Geräten hervorragend funktionieren, haben sie immer noch Probleme mit der Erfassung von Daten aus älteren oder stummen Geräten. Dies schränkt die Durchdringung der Industrie 4.0 in den tiefsten Schichten der Fertigungshallen ein, was die OPC Foundation zu lösen beabsichtigt.
Digitale Zwillingskonzepte können intelligenten Fabriken dabei helfen, stumme Geräte aus den tiefsten Ebenen einer Fertigungshalle in Modelle der Produktionsanlage zu integrieren. Dies macht es möglich, Hunderte von nicht gemessenen Informationen in der Fertigungshalle in einer digitalen Umgebung zu erfassen und so die Industrie 4.0- und OPC UA-Standards zu erfüllen. Bei erfolgreicher Umsetzung kann der digitale Zwilling mit den erfassten Daten zur Vorhersage der vorübergehenden Reaktion der Anlage auf externe Störungen, Geräteausfälle und Systemfehlfunktionen verwendet werden.
Hersteller , die das Konzept des digitalen Zwillings übersehen, werden sich damit begnügen müssen, nur die Daten von intelligenten Geräten und IoT-Geräten zu verwenden, um Echtzeitveränderungen in der Produktion zu verfolgen. Die Einschränkungen, die mit der Nichterfassung von nicht gemessenen Daten verbunden sind, führen zu Annäherungen bei der Automatisierung von Abläufen in einer intelligenten Fabrik. Dies könnte zu Ausfallzeiten, einer ineffizienten Belegschaft und in extremen Situationen zu Unfällen bei Arbeitern führen.
Begrenzung der Effektivität der prädiktiven Analyse – Eine weitere wichtige Herausforderung, die die Integration digitaler Zwillinge in industrielle Abläufe verhindert, sind die Schwierigkeiten, die mit blinden oder halbinformierten Änderungen einhergehen. Blinde Änderungen bei wichtigen Entscheidungen, wie z. B. bei der Entwicklung eines neuen Materialflusssystems oder der Verringerung der Anzahl der für die Entwicklung eines Produkts erforderlichen Prozesse, haben schreckliche Folgen. Zu diesen Folgen gehören die Verschwendung von Ressourcen, ein minderwertiges Endprodukt oder Verwirrung in der Fertigung.
Gartner zufolge können Ausfallzeiten in der Fertigungsindustrie zu enormen Verlusten führen. Allein in der Automobilindustrie verursachen Ausfallzeiten einen Verlust von 22.000 Dollar pro Minute. Auch wenn die Zahlen in anderen Branchen geringer sind, sind die Auswirkungen immer noch beträchtlich. Digitale Zwillinge können dazu beitragen, diese Herausforderungen oder Verluste zu beseitigen, indem sie den Unternehmen helfen, die Echtzeitauswirkungen bestimmter Änderungen zu simulieren. So hätte beispielsweise eine Änderung des Produktionsplans während einer Übergangsphase dazu geführt, dass der Flugzeughersteller Lockheed Martin seine Lieferfristen nicht einhalten konnte. Mit Hilfe der Simio-Simulationssoftware war der Hersteller in der Lage, fundierte Entscheidungen zu treffen, die den Produktionsprozess optimierten.
Nächste Schritte
Die Anpassung an Industrie 4.0 und eine stärker vernetzte Fabrik muss geplant werden, wenn die Hersteller langfristig wettbewerbsfähig bleiben wollen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Integration eines digitalen Zwillings für die Simulation und den Erhalt von Erkenntnissen die für die Automatisierung industrieller Prozesse erforderlich sind. Bei richtiger Ausführung werden Sie die disruptive Natur des digitalen Zwillings zu Ihrem Vorteil nutzen.
Ressourcen:
https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/
https://news.thomasnet.com/companystory/downtime-costs-auto-industry-22k-minute-survey-481017
https://www.isw.uni-stuttgart.de/en/institute/highlights/digital-twin/
https://blogs.opentext.com/addressing-the-data-challenges-in-the-digital-twin/https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/