Digitaler Zwilling: Nicht nur ein Bild, mehr als ein Schaltplan und eine Blaupause

Während eines Raumfahrtprogramms im Jahr 1960 nutzte die NASA die Grundidee einer Partnerschaft, indem sie ein physisches Duplikat der Systeme erstellte, die sich in Raumfahrzeugen am Boden befanden. Schließlich wurden diese doppelten physischen Systeme durch Computersimulationen ersetzt. Dieser Austausch war sehr wichtig, da er nicht nur die Kosten senkte. Außerdem waren die Computerprogramme portabel und können von überall aus beurteilt werden.

Im Jahr 2016 kam der Begriff „Digitaler Zwilling“ richtig in Schwung, nachdem Gartner, ein globales Forschungs- und Beratungsunternehmen, digitale Zwillinge als einen seiner „Top 10 strategischen Technologietrends für 2017“ auflistete und sagte, dass innerhalb von drei bis fünf Jahren „Milliarden von Dingen existieren werden“. dargestellt durch digitale Zwillinge, ein dynamisches Softwaremodell einer physischen Sache oder eines physischen Systems.“ Im Gartner-Bericht heißt es: „Ein digitaler Zwilling kann verwendet werden, um reale Bedingungen zu analysieren und zu simulieren, auf Änderungen zu reagieren, Abläufe zu verbessern und Mehrwert zu schaffen.“ Ein Jahr später listete Gartner digitale Zwillinge erneut als Top-Trend für 2018 auf und sagte: „Mit geschätzten 21 Milliarden verbundenen Sensoren und Endpunkten bis 2020 wird es in naher Zukunft digitale Zwillinge für Milliarden von Dingen geben.“

In der heutigen Zeit wird die Digitalisierung ein wichtiger Fortschrittsmotor für die Fertigungs- und Verarbeitungsindustrie sein. Die Anforderungen der Verbraucher nehmen täglich zu und umfassen Produktanpassungen, höhere Qualität, Haltbarkeit, Sicherheit usw., was wiederum die Lebensdauer des Innovationszyklus verkürzt und den Wettbewerbsdruck erhöht. Die Antwort auf diesen stetig wachsenden Bedarf ist daher die Digitalisierung mittels Digital Twinning, das Automatisierungshard- und -software nahtlos integriert, um eine tiefgreifende Analyse von Maschinen und Anlagen zu ermöglichen.

Ein digitaler Zwilling ist eine dynamische virtuelle Darstellung eines physischen Objekts und der Dynamik, wie ein Internet-of-Things-Gerät funktioniert und funktioniert. Beim digitalen Zwilling geht es darum, die Elemente zu verstehen, aus denen ein physisches Gerät besteht, und die Dynamik, wie dieses Gerät zusammengebaut wird. Ein digitaler Zwilling beeinflusst, wie ein Gerät in einem einzigen Lebenszyklus entworfen, gebaut und betrieben wird.

Der digitale Zwilling umfasst neuronale Netze, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und Softwareanalysen mit räumlichen Netzwerkdiagrammen, um eine digitale Live-Simulation physischer Einheiten zu erstellen. Der Echtzeitstatus und der Betriebszustand oder die Position eines digitalen Zwillings werden durch kontinuierliches Lernen und Aktualisieren unter Verwendung mehrerer Quellen wie Sensordaten, menschliche Experten, Daten von anderen ähnlichen Maschinen, Umgebung, historische Daten usw. aufrechterhalten.

Im Betrieb ahmt ein digitaler Zwilling den tatsächlichen Betrieb und die tatsächlichen Bedingungen des Produkts nach. Es bewertet das Alter des Produkts sowie die durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen wie Wetteränderungen usw. verursachten Abnutzungserscheinungen. Der digitale Zwilling erleichtert nicht nur den Betrieb des Produkts, sondern trägt durch die gewonnenen Erkenntnisse auch dazu bei, ein besseres Design und eine bessere Fertigung zu ermöglichen und die Neukalibrierung, die dabei stattfindet.

Anwendungen

Die Fähigkeit digitaler Zwillinge, tiefgreifende Analysen, komplexe Prognosen und intelligente Wartung bereitzustellen, um die Grundursache von Problemen zu finden, was wiederum die Produktivität verbessert, erweitert ihren Anwendungsbereich, der auch die Fertigungsindustrie, das Gesundheitswesen, die Automobilindustrie usw. einschließt.

Gesundheitspflege
Durch den Einsatz digitaler Zwillinge können sowohl der Krankenhausbetrieb als auch die Patientenversorgung revolutioniert werden. Das gesamte Krankenhaus kann durch die Schaffung eines vernetzten Systems digitaler Zwillinge, die das gesamte Krankenhausgelände und alle darin befindlichen Maschinen und Geräte repräsentieren, vernetzt werden, was zur Schaffung einer sicheren und effektiven Patientenversorgung beitragen kann. Außerdem können digitale Zwillinge von Menschen und Organen erstellt werden, um den Eingriff virtuell vollständig zu untersuchen und durchzuführen, bevor er an der tatsächlichen Person durchgeführt wird.

Ingenieure bei GE arbeiten an der Herstellung bandgroßer Sensoren zur Überwachung lebenswichtiger Informationen einer Person wie Herzfrequenz, Blutdruck und Sauerstoffgehalt. Alle gesammelten Daten können einem digitalen Zwilling zur Verfügung gestellt werden, der ein exaktes Modell des Körpers der Person erstellt und so die Versorgung in Krankenhäusern verbessert und Ärzten auch Einblick in das Wohlbefinden der Patienten gibt, wenn diese nicht im Krankenhaus sind.

Fertigung
In der Fertigung werden am häufigsten digitale Zwillinge eingesetzt. Das Hauptziel eines jeden Herstellers besteht darin, Qualitätsprodukte rechtzeitig für erwartungsvolle Kunden zu produzieren. Wenn Maschinen nicht im Einklang und mit der angemessenen Kapazität arbeiten, wirkt sich das auf die Mitarbeiter, die Produktivität, die Lieferfähigkeit und letztendlich auf die Kundenzufriedenheit aus. Die digitalen Zwillinge ermöglichen es den Herstellern, die Leistung in Echtzeit zu überwachen, Prozesse zu kommunizieren und Effizienzaktualisierungen zu testen, ohne die normalen Arbeitsabläufe zu unterbrechen.

Automobilindustrie
Prognosen zufolge werden bis 2020 10 Millionen selbstfahrende/autonome Autos auf den Straßen unterwegs sein, was eine Verbreitung neuer, vernetzter Dinge bedeutet. Von jedem autonomen Fahrzeug kann ein digitaler Zwilling erstellt werden, der es Herstellern ermöglicht, die Leistung jedes Autos in seiner physischen Umgebung zu analysieren. In den neuesten Fahrzeugen ist bereits eine Sensorinfrastruktur verbaut, die die kritischen Systeme des Fahrzeugs ständig kontrolliert. Die Mechaniker führen die Diagnose durch und die Daten der eingebauten Sensoren sagen ihnen, welches Teil repariert werden muss. Der nächste Schritt umfasst die digitale Zwillingsbildung, die die Einrichtung von Schritten zur Übermittlung der Daten zurück an die Fertigung umfasst, wo die Daten analysiert und eine vorausschauende Leistungsanalyse durchgeführt werden, die dazu beitragen wird, das Fahrerlebnis intelligenter und sicherer zu machen.

Schlussfolgerung
Die genannten Branchen sind nur einige Beispiele, in denen digitale Zwillinge dazu beitragen, die Produktivität zu steigern und die Geschäftsabläufe zu vereinfachen. Das Potenzial, das digitale Zwillinge bergen, muss jedoch noch erforscht werden. Der Aufstieg digitaler Zwillinge wird die Zukunft der Forschung und Entwicklung insbesondere in der Fertigungsindustrie bereichern.