Was ist ein digitaler Zwilling?

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Eine digitaler Zwilling trägt dazu bei, Fehler beim Anlagenbau und -betrieb zu vermeiden.

Der digitale Zwilling (englisch: Digital Twin) ist ein digitales 1:1-Modell mit sämtlichen Details und Interaktionsmöglichkeiten einer realen Industrieanlage oder Maschine. Dieser lässt sich im Computer in einem vorgegebenen Raum erstellen und kann einen Prozess, ein Produkt oder eine ganze Maschine oder Anlage nachbilden.

Dazu werden reale Daten von Sensoren verwendet, die der digitale Zwilling in Echtzeit erhält und auswertet. Daraus ergibt sich ein Informations- und Datenaustausch – und bereits vor der Installation der Anlage die Möglichkeit, diese funktional auszuprobieren.

Digitaler Zwilling - Digital Twin - IoT

Funktionsweise eines digitalen Zwillings. Quelle: Wilmjakob, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons

Wann braucht man digitale Zwillinge?

In einer digitalisierten Fabrik oder auch Smart Factory wird perspektivisch nichts mehr ohne Sensoren und gesammelte Daten funktionieren. Ein digitaler Zwilling kann jedoch schon zum Einsatz kommen, bevor eine Maschine oder ein Bauteil schlussendlich zum Einsatz kommt. Er lässt sich in den unterschiedlichsten Phasen des Lebenszyklus einer industriellen Anlage verwenden:

Designphase

Er kann bereits in der Design- und Entstehungsphase dazu beitragen, dass das Unternehmen Fehler bei der grundlegenden Gestaltung einer Anlage vermeidet – etwa auf engem Raum bei der Planung einer Ölbohrplattform verhindern, dass bestimmte Handgriffe oder Workflows falsch oder unzureichend geplant werden.

Zusätzlich ermöglicht der digitale Zwilling den zuständigen Behörden bereits vor der Abnahme, auf drohende Schwierigkeiten bei der Zulassung hinzuweisen. Mit Hilfe entsprechender Simulationen im Raum lassen sich zudem unterschiedliche Varianten einer Anlage auf Praktikabilität der Verfahren testen.

Entstehungsphase

Während der Erstellung der Anlage trägt der digitale Zwilling dazu bei, den Baufortschritt zu überwachen und einzuschätzen und kann eine effiziente Umsetzung der Planung sicherstellen. Gerade bei Anlagen, auf denen möglichst vom ersten Tag an produktiv gearbeitet werden soll, kann bereits in diesem Stadium mit Hilfe des digitalen Zwillings das Bedienpersonal geschult werden.

Zudem lassen sich entsprechende Workflows erarbeiten und Dokumentationen verfassen. Denn jeder Tag, den beispielsweise eine Ölplattform später in Betrieb gehen kann, kostet sechsstellige Summen.

Produktivphase

Im Rahmen der Nutzung ist der digitale Zwilling meist die Grundlage für Monitoring-Maßnahmen und verbindet so die virtuelle und die reale Welt miteinander. Zudem dient er bei Fehlfunktionen als Mittel zur Fehlerbehebung. Beim Rückbau einer Anlage schließlich lässt sich der digitale Zwilling für die Bestimmung der Anschlussverwendung und das Upcycling bestehender Anlagenteile nutzen.

Darüber hinaus ermöglicht ein digitaler Zwilling die Erstellung weiterer baugleicher Anlagen an anderen Standorten – das kommt gerade bei weltweit agierenden Industriekonzernen häufig vor. Bei Fehlfunktionen einer der baugleichen oder -ähnlichen Anlagen lässt sich aufgrund der großen Zahl an Daten ein Fehler besser einkreisen und beheben.

Digitaler Zwilling - so funktioniert er

Welche Vorteile bringt ein digitaler Zwilling?

All diese Anwendungen lassen bereits erahnen, dass ein digitaler Zwilling mit Hilfe von Computersimulationen ermöglicht, teure Fehlplanungen zu vermeiden und Ausfallzeiten zu minimieren. Auch bei der Optimierung von Betriebsabläufen leistet ein digitaler Zwilling hervorragende Dienste. Doch obwohl laut einer Untersuchung der Managementberatung Detecon immerhin sechs von zehn Unternehmen in den nächsten fünf Jahren das Konzept über den gesamten Lifecycle eines Produkts hinweg verwenden wollen, existieren bisher noch für die wenigsten Industrieanlagen digitale Zwillinge.

Dabei wäre gerade das für die Überarbeitung und Digitalisierung einer Anlage eine gute Grundlage. Egal um welche Art von Maschine oder Anlage es sich handelt und wie komplex diese ist. Insbesondere wenn man eine Anlage mit einem Kommunikationssystem für den jeweiligen Sensor ausstatten möchte, benötigt man hierfür zusätzlichen Raum für die digitale Schaltschranktechnik. Eine umfassende Planung ist hier unbedingt ratsam – und dazu ist das Bestehen eines digitalen Zwillings hilfreich.

Argumente für den digitalen Zwilling

  1. Vermeidung von Fehlplanungen im Anlagenbau und Optimierung der Anlage, noch bevor diese fertig gebaut wurde
  2. Simulation und funktionale Validierung, auch bei Details
  3. Bereits im Vorfeld hervorragendes Schulungsinstrument für die dort arbeitenden Personen
  4. Vernetzung aller Planungsbeteiligten und Hinzuziehen von Sachverständigen auf virtueller Ebene, ohne diese in die Anlage lassen zu müssen
  5. Übersichtliche Bewertung sämtlicher Anlagefunktionen im laufenden Betrieb durch Implementierung sämtlicher Sensoren
  6. Erkennen von Fehlfunktionen und Optimierung bestehender Workflows – auch in Hinblick auf den Arbeitsschutz
  7. Effizienz- und Qualitätssteigerung durch systematische Auswertungen der Sensordaten innerhalb der Industrie-Cloud
  8. Optimierung von Energie- und Ressourcenverbrauch sowie Emissionen

Wie lassen sich digitale Zwillinge umsetzen?

Warum ist der digitale Zwilling noch nicht überall Realität? Noch sind vor allem fehlendes Know-how, Schwächen in der Datendurchgängigkeit und unzureichend standardisierte Systeme die Gründe, die Unternehmensvertreter anführen. Wichtig wird es also vor allem sein, das bisherige Silodenken zu überwinden. Bisher bestehende Einzelsysteme aus Prozessen und IT-Lösungen werden dann zu Ökosystemen auf geeigneten Plattformarchitekturen zusammengeführt. Eine geeignete Lösung kann hier eine effiziente und zuverlässige Industrial-IoT-Infrastruktur darstellen, wie sie plusserver in Kooperation mit GFT Technologies bereitstellt.

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