Digitale Zwillinge gehen noch nicht einkaufen, aber sie erleichtern das Geschäft

Weniger, aber smarter zu arbeiten, ist ein entscheidender Teil der digitalen Transformation, und das bekannte Sprichwort unter IT-Profis 'Schicke niemals einen Mann, um die Arbeit einer Maschine zu erledigen' veranschaulicht genau, was die digitale Transformation letztendlich erreichen will. Nämlich, digitale Werkzeuge anstelle von uns arbeiten zu lassen. Digitale Ressourcen sind günstig geworden und somit eine Quelle für Wettbewerbsvorteile für diejenigen, die sie effektiv nutzen. Sie können in nahezu allen Branchen angewendet werden, senken die Kosten, was ein sehr wichtiger Faktor ist, während sie auch die Konkurrenz weit hinter sich lassen, die nicht im Umgang mit digitalen Werkzeugen und Wissen versiert ist.

Datengefülltes Modell

Um die digitale Transformation zu erreichen, stehen neue Technologien für verschiedene Branchen zur Verfügung, und praktische Beispiele zeigen, wie die Anwendung neuer Technologien die Produktion, den Service, Geschäftsmodelle oder sogar ganze Organisationen in akzeptabler Weise reorganisieren kann, um eine höhere Betriebseffizienz zu erreichen, Kosten und Abfall zu reduzieren und die Zeit für die Entwicklung eines neuen Produkts zu verkürzen. Globale Trends verlangen nach neuen, personalisierten Produkten zu akzeptablen Preisen. Dies führt zu Anforderungen an die Produktion mit verkürzter Produktentwicklungszeit, Kostenoptimierung bei hoher Qualität und Flexibilität in der Produktion, die Vielfalt ermöglicht. Dies kann nur durch die Anwendung moderner Technologien wie die Nutzung von digitalen Zwillingen (sogenannte digitale Zwillings-Technologie) erreicht werden.

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Gegenstück eines Produkts, einer Maschine, einer Produktionslinie, eines Prozesses oder sogar einer gesamten Fertigungsanlage. Es handelt sich um ein Simulationsmodell, das alle relevanten Daten enthält, die für Entwicklung, Optimierung und Simulation verwendet werden können. Es basiert auf dem Simulations- oder virtuellen Modell eines Objekts, das mit Informationen aus der realen Welt (IoT) verbunden ist, wodurch die Lücke zwischen der entworfenen Lösung und der tatsächlich realisierten verringert wird. So erweckt der digitale Zwilling dieses virtuelle Modell mit realen Daten zum Leben, was ein tiefes Verständnis und die Optimierung aller Änderungen vor der Implementierung ermöglicht. Das Konzept des digitalen Zwillings geht auf den Beginn des Jahrtausends zurück, als das Konzept der virtuellen Anzeige-Technologie in den Kinderschuhen steckte, es keine Softwareunterstützung gab und die Datensammlung zur Erstellung eines digitalen Zwillings mit verschiedenen Technologien durchgeführt wurde, die zu dieser Zeit verfügbar waren, wie Sensoren, Mess- und Vision-Systeme.

Mit der weiteren Entwicklung der Technologie hat sich die Fähigkeit zur Datensammlung und -verarbeitung erhöht, und es wurde Software entwickelt, die zusammen mit der Produktvisualisierung Computer-Simulationen ermöglicht, um das Produktverhalten unter realen Bedingungen so genau wie möglich zu bestimmen. Der nächste Schritt war die Echtzeitsimulation und die Implementierung verschiedener Sensorsysteme und -subsysteme, die die Überwachung und Speicherung verschiedener Parameter auch in Echtzeit ermöglichten. Diese Echtzeitfähigkeit und die Möglichkeit, die physische und virtuelle Umgebung zu verbinden, ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung, Bewertung und den Vergleich des Produkts mit dem digitalen Zwilling, um es letztendlich zu optimieren.

Schnelle Schule

Siemens erklärt, dass moderne Software-Tools eine effizientere Produktentwicklung sowie Simulation und Test des virtuellen Zwillings ermöglichen, bevor der erste Prototyp überhaupt erstellt wird. 

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– Dies reduziert die für die Entwicklung erforderliche Ingenieurzeit erheblich, und die Phasen der Entwicklung und des Tests überschneiden sich zeitlich. Dadurch ist es möglich, potenzielle Mängel rechtzeitig zu erkennen oder Verbesserungsmöglichkeiten zu sehen und Ressourcen zu sparen, indem Mängel behoben werden, bevor sie in der Realität auftreten. In der Betriebsphase einer Maschine oder Anlage ermöglicht der digitale Zwilling die Prüfung neuer Funktionalitäten, die auf eine weitere Optimierung abzielen, und erst wenn dies gründlich in einer virtuellen Umgebung getestet wurde, kann es sicher und effektiv auf das reale Exemplar angewendet werden. Darüber hinaus ist es möglich, potenzielle Ausfälle rechtzeitig zu identifizieren und Produktionsausfälle zu verhindern, was direkt Geld spart. In komplexen Industrieanlagen werden digitale Zwillinge verwendet, um eine virtuelle Umgebung zu schaffen, die darauf abzielt, Betreiber und Mitarbeiter so schnell wie möglich auf die Arbeit in der realen Umgebung vorzubereiten – so Siemens.

Einblick in das Verhalten

Das Unternehmen CADCAM Group, das alle Formen der digitalen Transformation für Unternehmen anbietet, einschließlich Beratung, Software und Dienstleistungen für Produktentwicklung und Produktionsoptimierung, erstellt digitale Zwillinge über seine 3DEXPERIENCE-Plattform. Der Direktor des Unternehmens, Drago Cmuk, sagt, dass ihr Zwilling auf dieser Plattform noch nicht einkaufen gehen kann, anstelle einer Person, und nicht an einem Meeting teilnehmen kann, aber er kann sicherlich eine erhebliche Menge an Zeit und, was noch wichtiger ist, Geld sparen.

– Durch die Nutzung von Simulation bringen wir das virtuelle Modell mit realen Daten zum Leben, was ein tiefes Verständnis und die Optimierung aller Änderungen vor der Implementierung ermöglicht. Auf diese Weise wird die Entwicklung ungleich schneller und wirtschaftlicher, und potenzielle Fehler werden viel schneller und früher identifiziert und behoben, was die Entwicklungszeit verkürzt, den Ingenieuren einen besseren Einblick in das Produktverhalten gibt und die Produktverbesserung beschleunigt und vereinfacht – erklärt Cmuk und fügt hinzu, dass IoT die Simulationen mit realen Daten weiter bereichert, das digitale Modell verbessert, die tatsächlichen Größen optimiert, die Ausnutzung genauer macht und die Folgen aller Änderungen verbessert sowie die Erstellung verschiedener Szenarien verbessert.

In der Realität bestätigt

Der digitale Zwilling ist eine der wichtigsten Säulen der digitalen Transformation, da er die Kosten für die Prüfung von Innovationen erheblich senkt, die investierte Zeit verkürzt und somit die Kreativität bei der Entwicklung noch besserer und hochwertigerer Produkte stark anregt. Die CADCAM Group hat an vielen ähnlichen Projekten gearbeitet, eines davon ist das Projekt von Pipistrel Vertical Solutions aus Slowenien, das die Zwillingsdienste von CADCAM im Flugzeugdesign genutzt hat. Cmuk erklärt, dass eine treue digitale Simulation des Flugzeugs erstellt wurde, die getestet und in der Realität bestätigt wurde, und basierend auf dem Zwilling wurde ein neues Flugzeug entwickelt, das aufgrund der 'treuen Visualisierung' sogar vor der Herstellung des physischen Flugzeugs zertifiziert wurde. Interessanterweise arbeitete Pipistrel auch an dem VTOL (fliegende Taxis) Projekt für Uber und arbeitete mit Verbundwerkstoffen wie Kohlenstofffasern. Cmuk erinnert daran, dass diese Technologie zuerst von Rimac Automobili in der Region verwendet wurde, da sie die ersten sind, die Autos aus solchen Materialien herstellen.

– In der Automobilindustrie ist Simulation oder digitaler Zwilling eine notwendige Technologie, die verwendet wird, bevor man einen Millionen-Dollar-Autocrash-Test durchführt. Die besten technologischen Lösungen und das Wissen, die bei Rimac verwendet wurden, wurden bei der Entwicklung von fliegenden Taxis angewendet. Ich denke, das ist eine fantastische Sache, da dieselbe Technologie auch von Koenigsegg, Tesla, Pininfarina und anderen verwendet wird – sagt Cmuk.
Was Beispiele aus der traditionellen Industrie betrifft, können wir Končar – Generators and Motors Inc. erwähnen.

Von der Idee zum Roboter
Dieses Unternehmen begann von Grund auf in einem Teil der Konstruktion und Produktion und machte einen gewaltigen Sprung – es übersprang Jahre der Entwicklung – es hat eine digitale Plattform wie Rimac, die digitale Kontinuität von der Idee bis zum Roboter (eine ununterbrochene digitale Kette) gewährleistet – was jemand sich vorstellt und berechnet, produziert der Roboter, alles in einem System. Im System wurde ein digitaler Zwilling (virtuelles 3D-Modell) der Generatorwicklung erstellt, die sehr schwer zu zeichnen, zu entwerfen und zu produzieren ist.

– Eine der komplexesten Aufgaben für uns ist das Design der Wicklung. Dies sind komplexe, gepresste Wicklungen aus Kilometern von Draht, die in allen drei Dimensionen gebogen und geformt werden, und es ist sehr schwierig, die endgültigen Abmessungen der fertigen Wicklung auf den Millimeter genau vorherzusagen. Deshalb durchlaufen wir mehrere Prototypen/Iterationen, um die Wicklung innerhalb der festgelegten Toleranzen und in hoher Qualität zu produzieren. Aufgrund der komplexen Struktur und Elastizität der Wicklung ist dies überhaupt nicht einfach – gerade wenn man sie auf die Größe biegt, springt sie ein wenig zurück, und obwohl man alles gut entworfen hat, tritt immer ein Problem auf, sodass wir von vorne beginnen. Wir hatten sehr problematische Designs und Lösungen. Das ist sehr anspruchsvoll, und Fehler sind zeit- und materialaufwendig, was sehr frustrierend ist – erklärt Cmuk.

Um die Probleme weiter zu verdeutlichen, erklärt Cmuk, dass der Bau eines 3D-Modells eines einfachen 'Stocks' mehr als 200 verschiedene Eingabeparameter erfordert, sodass es leicht vorstellbar ist, wie es aussieht, wenn es um einen Generator mit Kilometern von Drahtwicklungen geht und wie viele Parameter beteiligt sind. Er fügt hinzu, dass sie letztendlich für Končar ein Projekt abgeschlossen haben, das Einsparungen im Prozess von 35 Prozent erzielt hat, und ein wesentlicher Vorteil ist, dass sie die Fehleranfälligkeit reduziert und Zeit für die Menschen freigesetzt haben, um andere, intelligentere Aufgaben anstelle von Routinearbeiten zu erledigen.

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