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Dlgital Twin Neuer Trend? Teil 2

DIigtal Twins Was verspricht der digitale Zwilling? Teil 2: Die Vorteile der Technologie

In dieser Beitragsreihe wollen wir uns diesem Thema widmen, welches immer mehr Einzug in den öffentlichen Diskurs findet. Was steckt hinter der Thematik Digital Twin? Warum werden Digital Twins als derart vielversprechend eingeschätzt und welche Herausforderungen gilt es noch zu bewältigen? Dieser Artikel, der zweite von drei Teilen unserer Beitragsreihe, beschäftigt sich mit den Vorteilen dieser Technologie. Den ersten Artikel finden sie hier: https://konul.digital/blog/digital-twin-1

Digital Twins werden bereits heute in zahlreichen Industrien und von unterschiedlichen Unternehmen eingesetzt. Dementsprechend vielseitig stellen sich auch Einsatzmöglichkeiten und die damit verbundenen Vorteile und Potentiale der Technologie dar. Das Einsatzgebiet reicht von der NASA, welche bereits bei der Apollo 13 Mission eine Vorgänger-Technologie des Digital Twins einsetzte, die es dem Team auf der Erde ermöglichte die richtigen Entscheidungen zu treffen um die Besatzung zu retten, bis zur Stadt Singapur (siehe Video), welche mit einem detaillierten 3D-Modell diverse Katastrophenszenarien durchspielen oder auch den Verkehrsfluss und die Stadtplanung optimieren kann. Den Anwendungsgebieten sind theoretisch wenige Grenzen gesetzt.

Aufgrund dieser zahlreichen Einsatzmöglichkeiten ist eine vollständige Auflistung von Vorteilen kaum möglich. Dennoch möchten wir gerne die drei Benefits aufzählen, die aus unserer Sicht zu den vielversprechendsten Vorteilen von Digital Twins zählen:

Besseres Verständnis von tatsächlicher Produktperformance

Digital Twins bestehen aus einem realen Produkt, einem virtuellen Zwilling des realen Produkts und einer Verbindung beider in Echtzeit. Damit lässt sich der tatsächliche Ist-Zustand eines Produktes darstellen und aus der Distanz analysieren.

Durch dieses bessere Verständnis der Produktperformance, des Verschleiß von Teilen und der Auswirkung äußerer Einflüsse auf das Gesamtprodukt lassen sich Reparatur- und Instandhaltungsmaßnahmen deutlich besser und verlässlicher antizipieren. In der Formel 1 zum Beispiel werden Echtzeit-Daten aus dem Rennen verwendet um unter anderem die Motorenperformance und den Reifenzustand zu bewerten, um damit die Zeit beim Boxenstopp zu optimieren.

Ähnliche Beispiele gibt es reichlich. Ein weiteres findet sich beim Betrieb von Windturbinen, bei denen über Livedaten die Effizienz maximiert werden kann. Auch dort kann anhand der verfügbaren Daten die Intensität der Nutzung aus der Entfernung gesteuert werden, wodurch sowohl Produktlebenszeit als auch die Energieproduktion maximiert werden können.

Wie das im Detail aussehen kann wird in diesem Video von General Electrics deutlicher dargestellt. Ein Digital Twin meldet dort einen gesteigerten Verschleiß unter den aktuellen Betriebsbedingungen. Als zusätzliche Information sind Livedaten verfügbar, welche unter anderem die maximale und minimale Rotorentemperatur, die Anzahl an Kalt- und Warmstarts, sowie ein aussagekräftiges Stress-Profil anzeigen. Auf Nachfragen meldet der Digital Twin einen vierfach erhöhten Rotorschaden und einen Verlust von 70% des Produktlebenszyklus, sollten die Betriebsbedingungen so unverändert fortgesetzt werden. Anschließend schlägt die Software Lösungen vor, wie dieser Verschleiß vermindert werden kann und welche direkten finanziellen Auswirkungen die vorgeschlagenen Lösungen hätten. Man erfährt also nicht nur die aktuellen Live-Daten und Ist-Zustände sondern bekommt auch die Möglichkeit die Auswirkungen der Betriebsbedingungen abzuschätzen sowie gezielte Lösungen zur Optimierung umzusetzen.

Durch derartige Insights lassen sich nicht nur die Kosten für Wartungs- und Reparaturarbeiten verringern, da potentieller Verschleiß proaktiv minimiert werden kann, sondern auch Downtime und Lebensdauer einer Anlage lassen sich auf die Art optimieren.

Effizienzsteigerung durch Simulationsmöglichkeiten

Einer der größten Vorteile des Digital Twins für Unternehmen ist die Möglichkeit Prozesse, Systeme und Produkte in einer virtuellen Umgebung zu testen ohne dafür verschiedene, reale Prototypen bauen zu müssen. Simulationen unter veränderten Parametern können so kostengünstig, sicher und risikolos in einer virtuellen Umgebung stattfinden ohne zusätzlichen Material- und mit geringerem Zeitaufwand. Potentielle Fragen, die dadurch beantwortet werden können sind:

Wie reagieren bestimmte Teile eines Produkts bei langfristiger hoher Belastung? Welche Einflüsse haben verschiedene extreme Witterungsbedingungen auf die Performance? Welche Verschleißteile reagieren wie unter welchen Bedingungen? Etc.

All diese Szenarien lassen sich virtuell simulieren. Die aus den Simulationen gewonnenen Daten werden dann analysiert und die Parameter im tatsächlich existierenden Produkt können dementsprechend optimiert werden. Es werden also nicht nur Kosten gespart, sondern auch die Entwicklungszeit wird deutlich verkürzt.

Die Stadt Newcastle entwickelt derzeit beispielsweise einen Digital Twin der Stadt, um hypothetische Szenarien zu testen. Dies soll zu einer besseren Vorbereitung im Fall des Eintretens dieser Szenarien führen oder die Auswirkungen solcher Szenarien abschwächen. Beispielweise kann getestet werden, in welchem Umfang die einzelnen Stadtteile betroffen wären, wenn der Fluss Tyne in verschiedenen Ausmaßen steigen würde.

Der Universitätsprofessor Chris Kilsby vergleicht die Anwendbarkeit mit der eines Autoherstellers. Ein Autohersteller kann reale Prototypen bauen und sie mit unterschiedlicher Bereifung gegen eine Mauer fahren lassen um die unterschiedlichen Auswirkungen der Bereifung zu bestimmen. Das Ganze kann jedoch, ein ausreichend detailliertes Computerprogramm (Digital Twin) vorausgesetzt, auch virtuell simuliert werden, was sowohl Kosten als auch Zeit spart. Es müssen also nicht teure Prototypen gebaut und zerstört werden, um die Auswirkungen zu testen. Ähnlich könnte es eine Stadt wie Newcastle machen. Hier können potentielle Katastrophenszenarien durch-simuliert werden, die in der Realität, im Gegensatz zum Autohersteller, gar nicht erst getestet werden könnten.

Verbesserte Qualität von Produkten und Systemen

Eine deutlich verbesserte Effizienz in der Entwicklung, basierend auf einer größeren Simulation von Szenarien, spiegelt sich schlussendlich auch in einer deutlich verbesserten Produktperformance wider. Wenn, wie im vorherigen Beispiel beim Autohersteller, tausende Simulationen in verschiedensten Konfigurationen virtuell durchgeführt werden, dann erhöht das nicht nur die Sicherheit durch verbesserte Produktperformance, sondern senkt auch die Entwicklungskosten, was sich wiederum positiv auf die Endpreise für Kunden auswirken sollte.

Ein ausreichend detailliertes digitales Modell vorausgesetzt, lassen sich auch einfacher spezifische Kundenwünsche simulieren. So können gezielte Anforderungen oder spezielle Belastungen eingespielt werden und damit auch die Performance von Spezialanfertigungen verbessert werden.

Eine Technologie mit vielen Benefits und vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die Digital Twin Technologie in erster Linie ermöglicht, das Unternehmensrisiko zu minimieren. Verbesserte Produkteigenschaften, verlässlichere Unternehmensprozesse, geringere Ausfallrisiken bei Maschinen, optimierte Produktivität und schnellere Produktionszeiten die sich zusammengefasst aus den oben genannten Beispielen ableiten lassen führen nicht nur zu einem geringeren internen Risiko, sondern auch zu einer höheren Marktreputation.

Dies ist jedoch kein wohlbehütetes Geheimnis. Digital Twins erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Gartner prognostiziert in diesem Zusammenhang, dass bereits 2021 circa 50% der großen Industrieunternehmen Digital Twins verwenden werden, was für diese zu einer von Gartner geschätzten Effektivitätssteigerung von rund 10% führen wird.

Digital Twins beschränken sich nicht auf einzelne Industrien oder Produkttypen. Mit Hilfe der Echtzeit-Informationen von Sensoren finden sie nicht nur Anwendung bei der Steuerung von Maschinen und Produktionsstraßen oder beim Erkennen von Fehlern und bei der Definition von Lösungen in Echtzeit, sie versprechen auch Optimierungen in komplexen Themen wie Stadtplanung, Verkehrssteuerung oder auch bei der medizinischen Überwachung von Menschen. Digital Twins können in nahezu allen Bereichen Anwendung finden – unabhängig von Industrie oder Produkttyp.

Die Vorteile sind zahlreich und vielversprechend. Allerdings gibt es auch noch einige Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, bevor viele dieser Versprechungen flächendeckend eingelöst werden können. Damit setzen wir uns im nächsten Teil unseres Blogbeitrags auseinander

Konul Digital

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