Der digitale Zwilling einer Turbine

Digital Twin – die doppelte Chance für Innovationsmöglichkeiten

Ausfallraten minimieren, Entwicklungszyklen verkürzen und die Herstellbarkeit Ihrer Produkte sicherstellen – Digital Twins sind Ihre Alleskönner im Unternehmen.


Die Nutzung digitaler Modelle ist für viele Unternehmen längst üblich. In der Entwicklung von Produkten unterstützt CAD (computer-aided design). Und Design Review hilft, ein Design umfassend und systematisch zu untersuchen, um zu prüfen, ob es alle vorgegebenen Anforderungen erfüllt.

Mit beiden Anwendungen können Anlagen, Systeme und Produkte lange vor der Umsetzung getestet werden Ein Digital Twin aber kommt während der Nutzung eines Produkts zum Einsatz. Die Zwillinge sind digitale Abbilder von Produkten oder Systemen. Ihre Kalkulationen ermöglichen das Durchspielen einzelner Fertigungsschritte und der damit verbundenen Lieferketten in digitalen Prozessen.

Der Vorteil für diese Verbindung der realen Welt mit der digitalen Welt liegt auf der Hand: Individualisierte Untersuchungen und Tests lassen sich ohne den Einsatz von großen finanziellen Mitteln, Ressourcen und Manpower durchführen. Prototypen müssen nicht erstellt werden, die aufwendige Fehlersuche nach der Inbetriebnahme entfällt. Benötigte Softwarelösungen lassen sich aus der Cloud beziehen, professionelle Serviceanbieter übernehmen die Implementierung.

Vier unterschiedliche Digital Twins, die Unternehmen einsetzen können

Weil digitale Zwillinge bei der virtuellen Abbildung der Realität eine Unmenge von Daten und Informationen in sinnvoller Granularität abbilden, ist eine Unterteilung sinnvoll. Es gibt sie in verschiedenen Formen.

  1. Der Digital Product Twin wird in der Produktentwicklung eingesetzt. Er dient dazu, das Produkt schon vor dem Start der Fertigung virtuell in Betrieb zu nehmen. Die bei diesem simulierten Betrieb ermittelten Daten helfen, das Produkt in allen Facetten zu verbessern. Hier geht es um 3-D-Modelle/CAD-Modelle, Prüfmerkmale und notwendige Simulationen während der Produktentwicklung.
  2. Der Digital Factory Twin kommt in der Fabrikplanung zum Einsatz, bei Maschinen und Anlagen, bei Werkzeugen und Prüfprogrammen. Dieser Zwilling unterstützt, überwacht und optimiert Produktionsprozesse.
  3. Der Digital Service Twin ist das digitalisierte Produktgedächtnis. Hier geht es um Produktionskennzahlen und Informationen über Durchlaufzeiten, um das Einhalten von Lieferzeiten oder Liefervorgaben und von Produktqualität.
  4. Der Digital Twin of Organisation ermöglicht die optimale und umfassende Planung aller Prozesse im Unternehmen sowie eine Erhöhung der Datensicherheit und des Datenschutzes.

Die potenziellen Anwendungsfelder eines Zwillings hängen davon ab, welches Stadium des Produkt-Lifecycles er darstellt. Die einfachste und weitverbreitete Art ist der Digital Product Twin. Er setzt bei der Datenerhebung ganz am Anfang an und liefert Ergebnisse, die in nachfolgenden Anwendungen als Grundlage dienen.

Nach einer Gartner-Studie nutzen aktuell 13 Prozent von 600 befragten Unternehmen aus sechs Ländern (darunter Deutschland) Digital Twins. Eine große Mehrheit von 88 Prozent der Unternehmen nutzt Digital Twins zu Simulationszwecken.

Mehr Informationen

Welche Unternehmen setzen die Technologie ein?

  • Der italienische Sportwagenbauer Maserati hat durch Digital Twins die Entwicklungszeit seiner Fahrzeuge beinahe halbiert.
  • Beim Flugzeughersteller Airbus werden 12.000 Partner, die drei Millionen Einzelteile eines A319 liefern, mithilfe von digitalen Zwillingen koordiniert.
  • Das Siemens-Werk in Amberg, das als Smart Factory bekannt ist, setzt ebenfalls neue Maßstäbe bei dieser Technologie: Die guten Erfahrungen in eigenen Anwendungen führten dazu, dass das Unternehmen mit einer neugegründeten Operating Company Industrieunternehmen diese Technologie jetzt anbietet.
  • Entwickler bei Daimler nutzen einen virtuellen Motorblock, um zu simulieren, wie sich verschiedene Motorteile bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten verhalten.
  • Auch Häfen wie Rotterdam und Hamburg verfügen bereits über digitale Zwillinge, jedoch nur für die für den Betrieb relevanten Aspekte und nicht für die gesamten Hafenanlagen.
  • Großbritannien soll einen digitalen Zwilling bekommen. In einem Mammutprojekt will das Vereinigte Königreich einen Digital Twin der kompletten Infrastruktur des Landes erstellen. So sollen Planung und Wartung besser und einfacher und der Einsatz von künstlicher Intelligenz ermöglicht werden.

Ein Digital Twin braucht einen Digital Thread

Mehr noch als Daten, Algorithmen und Sensoren brauchen die digitalen Zwillinge ein Rahmenwerk, das den Zugriff auf diese Daten regelt. Sie brauchen einen Digital Thread. Dieser digitale Faden zieht sich durch ein Labyrinth von Daten und stellt Zusammenhänge her.

Ein Digital Thread stellt sicher, dass alle Beteiligten im Prozess auf aktuelle Daten zugreifen können. Für das Aufspüren dieser Daten brauchen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter allerdings einen erheblichen Teil ihrer Arbeitszeit. Denn unterschiedlich gewachsene Informationssysteme zu integrieren, ist aufwendig.

Digital Threads gibt es für verschiedene Produkte. So kann ein Digital Thread dem gesamten Lifecycle des Produktes folgen. Dabei verbindet der Faden die Anforderungen an das Design und dessen Umsetzung bis hin zu Fertigungsanweisungen, Lieferantenmanagement und Vorkommnissen bei Kunden.

Nur so aber erhalten Hersteller einen ganzheitlichen Einblick in die Eigenschaften und in das Verhalten ihres Produktes. Und nur so können Analyse und Optimierung erfolgen, weil das System sicherstellt, dass alle Funktionen im Unternehmen immer mit den aktuellsten Informationen arbeiten.

Infografik zur Kreislauf mit einem Digital Twin

Verbesserungen entstehen durch den permanenten Kreislauf

In welchen Bereichen ist der Einsatz sinnvoll?

Schaut man sich den Nutzen an, den Digital Twins stiften, beantwortet sich diese Frage von allein: in allen Bereichen.

  • Digitale Zwillinge sorgen für bis zu 30 Prozent kürzere Durchlaufzeiten. Mit Echtzeit-Datenanalysen machen sie den Einsatz von Maschinen in der Produktion um circa 20 Prozent effizienter.
  • Sie verbessern das Verständnis über und die Prognosen für die reale Leistung und den Betrieb von Anlagen und Produkten.
  • Durch das Internet of Things (IoT) und die Visualisierung von Daten und Analysen lassen sich Geschäftsergebnisse nachweislich verbessern.
  • Die IT-Integration ermöglicht eine ganzheitliche Sicht auf Produkte und Anlagen in Echtzeit.
  • Durch Digital Service Twins profitieren alle Unternehmensbereiche. Denn ihr Einsatz spiegelt die ganze Aufbauorganisation, die Systeme, die Prozesse und die Workflows.

Was brauche ich, um loszulegen?

Beim Aufbau eines Digital Threads und des Digital Twins sollten KMUs sich nicht übernehmen, sondern lieber klein beginnen. Es empfiehlt sich, ein Prozedere aus der agilen Softwareentwicklung anzuwenden, die sich innerhalb der Industrie 4.0 durchgesetzt hat: das Minimum Viable Product. Das ist ein Instrument zur Risikominimierung bei der Entwicklung von Produkten, von Services oder von Geschäftsmodellen.

Dieses nach Definition „brauchbare Produkt mit minimalen Eigenschaften“ kann eine Version eines neuen Produkts, einer Dienstleistung oder einer Geschäftsidee sein, die sich mit wenig Aufwand erstellen lässt.

Idealerweise erfolgt der Start mit einem physischen Objekt oder einer Produktgruppe für die Erstellung eines Zwillings, der alle wichtigen Daten beinhaltet. Das geht von der Entwicklung über den Vertrieb bis hin zum Gebrauch. Dieses Vorgehen innerhalb der digitalen Transformation schafft auch den optimalen Ausgangspunkt, um den Digital Thread zu erweitern.

Dafür brauchen Unternehmen das richtige Personal. Also Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die die Daten interpretieren können. Teams, die sich dieser Aufgabe annehmen, bestehen idealerweise aus Datenwissenschaftlerinnen und Datenwissenschaftlern, die umsetzbare Erkenntnisse aus dem Einsatz der digitalen Zwillinge gewinnen.

Weiterhin braucht es die notwendige Software: Mit Design-, Simulations- und Analyseprogrammen lassen sich die Minimalanforderungen des Managements erfüllen. Die Kosten, die für die Erschaffung und den Betrieb des virtuellen Abbilds realer Objekte anfallen, hängen von den Anforderungen ab, die daran gestellt werden.

Weil aber die fortschreitende Technologieentwicklung der letzten Jahre dafür gesorgt hat, dass die Kosten für Rechenleistung, Speicher und Bandbreite drastisch gesunken sind, ist der Einsatz der Zwillinge heute vielerorts wirtschaftlich darstellbar. Vor allem dann, wenn sie einen gesamten Produktlebenszyklus spiegeln.

Mehr Informationen

Wie arbeitet ein Digital Twin im Unternehmen?

  • Risikoanalysen durchführen
  • Tests, Simulationen und Auswertungen in der Produktentwicklung vornehmen
  • Neue Business-Modelle ausprobieren
  • Gespiegelte Prozesse mit künstlicher Intelligenz und IoT anreichern, um diese auf Basis von Echtzeit-Interaktionen und Lerneffekten ständig zu verbessern

Was kann ein Digital Twin verhindern?

  • Vorfälle wie bei der berüchtigten Samsung-Galaxy-7-Serie. Diese Smartphones gingen während des Fluges aufgrund von Veränderungen des Luftdrucks in Flammen auf.
  • Ungelöste Logistikrätsel. Ein Fernseher hat alle Qualitätskontrollen bestanden – trotzdem kommt er defekt beim Kunden an. Was ist passiert? Die Analyse der im Zwilling hinterlegten Logistikdaten liefert die Information, dass sich das Gerät auf einem Frachter befand, der in einen Sturm geraten war und infolgedessen die Container durchgeschüttelt wurden.
  • Lärmbelastung durch eine Hochgeschwindigkeitstrasse in Wohnvierteln Singapurs. Der Hintergrund: Das Unternehmen Dassault Systèmes hat einen digitalen Zwilling des gesamten Stadtstaates angefertigt. Dieser hilft Stadtplanern, die Auswirkung von Baumaßnahmen im Vorhinein einzuschätzen.

Wie sicher operiert ein digitaler Zwilling mit meinen Unternehmensdaten?

Die wohl sicherste Möglichkeit, den Einsatz der Digital-Twin-Technologie voranzubringen, ist das Cloud-Modell. Deren Anbieter haben sich im Laufe der letzten Jahre mit zertifizierten Infrastrukturen und Rechenzentren zu Datentreuhändern entwickelt, die alle IT-Sicherheitsanforderungen der Industrie 4.0 erfüllen.

Doch nicht nur die IT hat diese Anforderungen zu erfüllen. Digitale Zwillinge werden vermehrt in der Fertigung genutzt. Der Einsatz bei der Steuerung von Produktionsanlagen muss nicht deckungsgleich mit anderen Aspekten und Anforderungen sein. So kann beispielsweise der Gesundheitsschutz der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter dem Wunsch nach weniger Ausfallzeiten diametral gegenüberstehen.

In der Anwendung ist ein stabiler Betrieb der Anlagen notwendig, damit ein Not-Stopp der Maschinen integriert werden kann. Das ist eine Anforderung, die auch bei der digitalen Spiegelung der Fertigungseinheit erfüllt sein muss.

Für den Schutz sensibler Finanz- und Innovationsbereiche bietet sich der Digital Twin of Innovation an. Er ermöglicht die digitale Spiegelung der gesamten Unternehmensstruktur. Größere Bereiche lassen sich in einzelne, separat geschützte Zonen aufteilen. Datenflüsse, die durch das gesamte Unternehmen gehen, werden dadurch nicht gebremst.

Braucht eine Gesichtscremedose einen digitalen Zwilling?

Spoiler-Alarm: Ja, sie braucht ihn. Jedes physische Produkt kann einen digitalen Zwilling bekommen. Bei Verpackungen von FMCG-Produkten (fast moving consumer goods) ist ihr Einsatz im Marketing sogar unerlässlich. Denn durch die Vielzahl der Länder, in denen beispielsweise Kosmetikprodukte vertrieben werden, gibt es bei der Vermarktung einen großen Anpassungsbedarf.

Sind die für die Gestaltung der Verpackung wichtigen Bestandteile wie Sprachen, Schriften, Fotos und Farben hinterlegt, verringert sich der manuelle Aufwand. Der Prozess lässt sich durch Digital Twins beschleunigen, die Kosten sinken.

#Digital #Twins sind digitale Abbilder realer Produkte. Sie minimieren Ausfallraten, verkürzen Entwicklungszyklen, sichern die Herstellbarkeit Ihrer Produkte und senken die Kosten #jobwizards http://bit.ly/2X3BL75

Jetzt tweeten
Work & Space