Das Potenzial digitaler Zwillinge ausschöpfen
Digitale Zwillinge und ihr Potenzial zur Effizienzsteigerung und Innovationsförderung sind weiterhin allgegenwärtig in Fachpublikationen, Whitepapers und Blogs. Gartner zählt digitale Zwillinge zu den zehn wichtigsten strategischen Technologietrends 2019 und prognostiziert, dass bis 2021 über die Hälfte der Industrieunternehmen sie einsetzen werden, um die Effizienz über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg um 10 % zu steigern. Forbes veröffentlichte einen Artikel mit der Vorhersage: „[…] wir stehen kurz vor einem Technologieboom der digitalen Zwillinge.“ Unternehmen, die digitale Zwillinge nutzen, können sich Wettbewerbsvorteile sichern und die Durchlaufzeiten kritischer Prozesse deutlich verkürzen.
Doch wie lässt sich das Potenzial digitaler Zwillinge ausschöpfen und gleichzeitig die beträchtlichen Investitionen in Personal, Technologie und Prozesse sichern?
In einer Zeit, in der „Disruption“ der am häufigsten verwendete Ausdruck zu sein scheint, wenn es um neue Technologien geht, mag es entmutigend wirken, Systemdesign, Prozesse und Plattformen komplett zu überarbeiten, um einen neuen digitalen Ansatz für Produktentwicklung und Betrieb zu nutzen.
Die Reise des digitalen Zwillings
Die gute Nachricht: Das müssen Sie nicht. Die Einführung eines digitalen Zwillings ist eine Weiterentwicklung Ihrer aktuellen Systeme und Prozesse, und Unternehmen profitieren in jedem Schritt davon.
Schritt 1: Identifizierung
Der erste Schritt auf diesem Weg ist die Ermittlung der potenziellen Vorteile, die ein physikbasierter digitaler Zwilling für die F&E-Prozesse und die Organisation eines Unternehmens mit sich bringen kann.
Schritt 2: Anwendungsfall erstellen
Projekte, die am meisten von einem Digital-Twin-zentrierten Ansatz hinsichtlich Effizienz oder Innovationspotenzial profitieren, sollten priorisiert und in die zweite Phase, die Erstellung des Anwendungsfalls, überführt werden. Hier wird der potenzielle Einsatzbereich von Digitalen Zwillingen im Designprozess festgelegt und die Implementierungsschritte vereinbart.
Nachdem der Anwendungsfall erstellt wurde, besteht der Prozess der Entwicklung eines digitalen Zwillings aus zwei oder drei weiteren Phasen: Machbarkeitsnachweis (Proof of Concept, PoC), Subsystem-Digitaler Zwilling und vollständiger digitaler Zwilling . Jede dieser Phasen bietet Unternehmen die Möglichkeit, die Anwendung digitaler Zwillinge in ihrer Umgebung kennenzulernen und konkrete Simulationsergebnisse zu erzielen. Jede Phase liefert zudem die Bausteine für die nächste Iteration, sodass alle im Laufe des Prozesses getätigten Investitionen in Zeit und Ressourcen zum Endergebnis beitragen.
Schritt 3: Machbarkeitsnachweis
Die Proof-of-Concept-Phase (PoC) ist typischerweise eine vereinfachte Version des digitalen Zwillings, die sich auf einen spezifischen Aspekt einer Maschine konzentriert, beispielsweise das Hydraulikverhalten eines Vibrationswalzenfahrzeugs in natürlicher Umgebung. Der PoC nutzt Daten aus Ihrer bestehenden Systemlandschaft, wie 3D-CAD-Modelle, Hydraulikschemata oder Antriebsstrangkennlinien. Diese Daten werden anschließend verwendet, um die Echtzeitsimulation zu modellieren, die dem physikbasierten digitalen Zwilling zugrunde liegt. Ein Vorteil des PoC besteht darin, dass die Simulation greifbare Ergebnisse liefert, die für die Forschung und Entwicklung analysiert werden können. Gleichzeitig führt der PoC die Entwicklungsteams in den Entwicklungsprozess des digitalen Zwillings sowie in die Software und die Werkzeuge ein, die für die Durchführung von Echtzeitsimulationen benötigt werden.
Nach erfolgreichem Abschluss des Proof of Concept (PoC) kann die weitere Vorgehensweise typischerweise einen von zwei möglichen Wegen einschlagen: entweder einen digitalen Zwilling eines Subsystems, um die Simulation einer bestimmten Komponente/eines bestimmten Subsystems weiter zu vertiefen, oder einen vollständigen digitalen Zwilling, um das Verhalten der gesamten Maschine in ihrer Umgebung zu analysieren und vorherzusagen.
Schritt 4a: Digitaler Zwilling des Subsystems
Der digitale Zwilling des Subsystems ist eine gute Möglichkeit, die im Rahmen des Proof of Concept (PoC) durchgeführte Simulation zu vertiefen, indem er präzisere Modelle der Maschine, der Umgebung und der Arbeitsprozessdefinition erstellt. Diese können beispielsweise für die Automatisierung von Teilaufgaben, die Analyse auf Komponentenebene oder die Generierung von Trainingsdaten zur Erstellung von Algorithmen für die vorbeugende Instandhaltung verwendet werden. Für Komponentenhersteller ist der digitale Zwilling des Subsystems eine besonders geeignete Lösung, da er eine genaue Analyse und einen optimierten Betrieb ihrer Produkte ermöglicht, ohne dass eine vollständige Integration mit einer realen Maschine erforderlich ist.
Schritt 4B: Vollständiger digitaler Zwilling
Der vollständige digitale Zwilling ist eine präzise, virtuelle Repräsentation der Maschine, der Umgebung und der Arbeitsprozesse, die mit dem gesamten Steuerungssystem verbunden ist. Er ermöglicht die Analyse und Vorhersage des Verhaltens des realen Vorbilds und bietet Vorteile über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Dazu gehören die frühzeitige Einbindung von Kunden und die virtuelle Prototypenerstellung in der Forschung und Entwicklung, effiziente Schulungen für Stakeholder sowie Tools zur Implementierung KI-gestützter Innovationen wie der vorausschauenden Wartung.
Ein reibungsloser Weg zu digitaler Innovation
Physikbasierte digitale Zwillinge bergen das Potenzial, erhebliche Effizienzsteigerungen zu erzielen und Vorreitern einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen. Ihre Integration in den Produktlebenszyklus muss keine grundlegenden Umstrukturierungen Ihrer bestehenden Systeme und Prozesse bedeuten. Durch die sorgfältige Priorisierung von Anwendungsfällen, beispielsweise in der Forschung und Entwicklung, und den schrittweisen Einstieg in die digitale Zwillingsentwicklung, bei dem jeder Schritt Vorteile bietet und die Grundlage für den nächsten schafft, können Sie Ihre Investitionen in bestehende Systeme sichern, während Ihre Teams schrittweise einen auf digitalen Zwillingen basierenden F&E-Ansatz einführen. Es gibt also keinen Grund, das Potenzial digitaler Zwillinge für Ihr Unternehmen zu verpassen – ein reibungsloser Weg zur digitalen Innovation steht Ihnen offen.
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