Digital Twins

Definition, Relevanz

1. Was ist ein Digital Twin? Was enthält der?

Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung oder eine digitale Nachbildung eines realen physischen Objektes oder Prozesses, die mit einer bestimmten Frequenz und Genauigkeit synchronisiert werden.

Er enthält alle wichtigen und relevanten Informationen, wie zum Beispiel Geometrie, Materialien, Komponenten, Betriebsdaten usw.

Beispiel: Digitaler Zwilling eines Flugzeugs? Was enthält der?

• Der digitale Zwilling eines Flugzeugs wird über die individuelle Kennung des echten Flugzeugs, die sogenannte Hecknummer, identifiziert.

• Er enthält Daten von dem physischen Flugzeug, wie die genaue Form und Struktur aus 3D-Modellen, technische Änderungen während der Produktion, alle Materialeigenschaften, Betriebs- und Wartungsdaten sowie alle Abweichungen von den ursprünglichen Plänen.

2. Historische Entwicklung des Digital Twins

Die Idee des digitalen Zwillings geht zurück auf das Jahr 2003, als ein NASA-Mitarbeiter und ein Forscher Dr. von der Universität Michigan dieses Konzept im Zusammenhang mit der Raumfahrt entwickelten.

Der digitale Zwilling sollte ursprünglich helfen, den Zustand und die Funktionsweise von Raumfahrttechnologie zu überwachen und vorherzusagen, um die Wartung und das Management zu optimieren.

Erst mit der Einführung des IoTs wird das Konzept Digital Twin für mehr Unternehmen erschwinglich und zugänglich gemacht, weil IoT es ermöglicht, Sensoren in physische Objekte zu integrieren, die kontinuierlich Echtzeit-Daten liefern.

So wurden digitale Zwillinge für immer mehr industrielle und alltägliche Anwendungen nutzbar, da die Hardwarekosten sanken und die Netzwerkverbindungen viel leistungsfähiger wurden. Das Potenzial des DTs ist nahezu grenzenlos.

3. Charakteristika von Digitalen Zwillingen

5 Eigentschaften

• Konnektivität: digital Twins verbinden das physische Objekt mit seiner digitalen Darstellung, in dem die Sensoren eine große Rolle spielen.

• Homogenität: es wird vor allem auf die Gewährleistung und die Sicherstellung der Datenqualität und Kompatibilität fokussiert,

• Digitale Traces: diese Technologie hinterlässt digitale Spuren, die hilfreich sind, bei Maschinenstörungen die Ursache zu erkennen.

• Modularität: sie bietet die Gestaltung von individueller Anpassung von Produkten, was den Herstellern helfen, Maschinen und Modelle zu optimieren.

• Reprogrammierbar & Smart: sie ermöglicht neue automatische Neuprogrammierung und Updates durch Sensoren und KI.

4. Welche Werte haben Digital Twins? Anwendungsbeispiele?

Digitale Twins schaffen Mehrwert für Produkte, Prozesse und Unternehmen, wobei Nutzen und Aufwand je nach Anwendung variieren.

1. Deskriptiver Wert: Ermöglicht Echtzeitüberwachung und den Status einer Anlage sofort zu visualisieren. Es ist besonders wertvoll, wenn es sich um Anlagen von weit weg oder gefährliche Anlagen handelt.

2. Analytischer Wert: Durch Simulation und Datenanalyse können Einblicke in schwer messbare Zustände gewonnen und dadurch Produktleistungen optimiert werden. (Bsp. durch Analyse der inneren Struktur eines Motors)

3. Diagnostischer Wert: Die Diagnosesysteme können die Fehler und Ursachen für bestimmte Zustände oder Probleme frühzeitig finden.

4. Prädiktiver Wert: Die Technologie kann nicht nur den wahrscheinlichen zukünftigen Zustand des physischen Modells voraussagen, sondern den entsprechenden Lösungen vorschlagen.

• Digital Twins werden beispielweise in der Zukunft für die intelligenten Fabriken wichtig sein, da sie selbstständig Produktionsentscheidungen treffen können, um Kundenzufriedenheit zu steigern.

• Im Unternehmenskontext tragen Digital Twins zur datengestützten Entscheidungsfindung bei, was die Geschäftsprozesse und neuen Geschäftsmodellen verbessert.

• Zu den weiteren Vorteilen zählen optimiertes Design, bessere Konstruktion, frühzeitige Warnungen, gebündelte Daten und eine bessere Produktnachverfolgung nach der Herstellung.

5. Was sind die Herausforderungen bei Digital Twins?

Die potenziellen Herausforderungen könnten:

• Die Abhängigkeit des Erfolgs dieser Technologie von Internet-Konnektivität. Es benötigt eine stabile Internetverbindung.

• Die Sicherheit spielt bei aller Art von Datenverarbeitung eine wichtige Rolle, hier erfordert die Technologie auch hohen Datenschutz.

• Komplexität durch 3D-Modelle anstatt einfache 2D-Zeichnungen.

• Die Technologie wird vielleicht entlang der gesamten globalen Lieferkette, was schon sehr schwierig ist, da Standards und Technologien weltweit variieren.

1 Anwendungsbeispiel

Digitale Zwillinge werden in der Fertigungsindustrie genutzt, um die Produktentwicklung zu erleichtern, das Design anzupassen, die Leistung zu verbessern und Wartungen vorauszuplanen.

Sie ermöglichen es

• Ingenieuren, Produkte mit erstellten Varianten vor der Markteinführung vorab zu testen.

• Unternehmen, personalisierte Produkte anzubieten

• Herstellern, Endprodukte zu analysieren und zu überwachen. Zudem werden fehlerhafte und leistungsschwache Produkte erkannt.

• Herstellern, potenzielle Fehler von Maschinen zu zeigen, dadurch werden Ausfallzeiten minimiert und Produktivitäten steigert.