DIGITALE ZWILLINGE

„Versuch macht kluch“ lautet die norddeutsche Variante einer bekannten Volksweisheit. Deshalb war es in der Produktentwicklung über Jahrzehnte unverzichtbar, Prototypen zu bauen, um die Qualität und Funktionsfähigkeit eines Entwurfes zu überprüfen.

Nach Auffassung des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) wird das zukünftig nicht mehr zwingend erforderlich sein, denn jedes Produkt wird von Beginn an einen digitalen Zwilling haben, der nicht nur das geometrisch korrekte Aussehen, sondern auch das tatsächliche Verhalten simuliert. So kann man Fehler bereits in einem frühen Stadium erkennen und korrigieren, Leistungsparameter ausbalancieren, die User Experience optimieren und die Gestaltung auf die Einsatzbedingungen abstimmen.

„Die ultimative Vision eines digitalen Zwillings ist, unsere Ausrüstung vollständig in einer virtuellen Umgebung zu konzipieren, zu testen und zu bauen. Die tatsächliche Fertigung der Ausrüstung würde in dem Fall erst dann erfolgen, wenn alles unseren Anforderungen entsprechend funktioniert. Dabei wäre es das Ziel, die reale Maschine über Sensoren mit ihrem digitalen Zwilling zu koppeln, sodass der Zwilling uns alle Informationen bietet, die wir auch bei einer physischen Inspektion der Maschine erhalten würden“, erläuterte John Vickers, der leitende Fertigungsexperte und Manager des NASA National Center for Advanced Manufacturing, in einem Interview. Die erhofften Ergebnisse: Signifikante Ersparnisse bei Zeit und Kosten und eine deutlich kürzere Time-to-Market.

Eine symbiotische Zweierbeziehung

Sobald das physische Produkt im Einsatz ist, füttert es seinen digitalen Zwilling mit Betriebs- und Zustandsdaten. So kann ein Hersteller überprüfen, wie das Produkt genutzt wird. Ob z.B. eine Waschmaschine ständig zu voll beladen ist oder ob das Waschmittel richtig dosiert ist. Ob im Schleudergang die gewünschte Umdrehungszahl erreicht wird oder ob der Aquastop defekt ist. Mit Informationen wie diesen können Hersteller ihren Kunden helfen, die Produkte optimal zu bedienen – oder ihnen Modelle anbieten, die besser zu ihren Bedürfnissen passen.

Derartige Zweierbeziehungen wird es zukünftig nicht nur bei Gebrauchsgütern
im Haushalt geben, sondern auch bei Maschinen und Anlagen im industriellen Bereich. Mit dem Unterschied, dass sowohl der Hersteller einer Maschine als auch ihr Betreiber Zugriff auf die Daten haben werden.

Virtuelle Fabriken

Das Fraunhofer IPK denkt noch weiter. Die Forscher gehen davon aus, dass zukünftig jede Fabrik doppelt existieren wird. Jede physische Produktionsstätte werde einen aktuellen digitalen Zwilling haben, der die gesamte Prozesskette abbildet.

Schon während der Produktentwicklung könne dann überprüft werden, ob die Produktionsanlagen eines Unternehmens ein neues Produkt auch fertigen können. Neue oder veränderte Anlagen könnten vorab virtuell in Betrieb genommen und getestet werden, um Ausfallzeiten bei der Inbetriebnahme möglichst zu vermeiden. Während der laufenden Produktion könnten digitale Zwillinge die Einhaltung von Qualitätsparametern und Fertigungssequenzen überwachen.

Ein mögliches Zukunftsszenario: Reale und digitale Produktion verschmelzen miteinander zu einem Gesamtsystem, das sich im laufenden Betrieb selbst überwacht, steuert und korrigiert. Im Falle einer Störung, z.B. dem Ausfall eines Aggregats, entscheidet das System selbständig, wie das Problem zu lösen ist. Der verantwortliche Produktionsleiter muss nicht mehr selbst eingreifen.

Zurück in die Zukunft

Bleiben bestehende Anlagen und Fabriken damit auf der Strecke? Glaubt man den Ankündigungen eines großen deutschen Industriekonzerns auf der Hannover Messe, ist das nicht der Fall. Digitale Zwillinge können auch für Anlagen erstellt werden, die seit Jahren oder Jahrzehnten in Betrieb sind. Am Beispiel einer Raffinerie wurde gezeigt, wie sich ein aktuelles 3-D-Abbild mit Hilfe von Fotos, Drohnenaufnahmen und Laser-Scanning erstellen und mit bereits vorhandenen Produktionsdaten verknüpfen lässt.

Die IT-Marktforscher von Gartner sagten im Oktober 2016 voraus, dass innerhalb von drei bis fünf Jahren Hunderte Millionen „Dinge“ einen digitalen Zwilling haben werden – schier unendliche Chancen für die Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle!

Herzliche Grüße
Ihr Michael Arpe