Definieren des digitalen Zwillings
Ein digitaler Zwilling ist ein dynamisches digitales Modell eines Produkts, eines Prozesses oder einer Person, das bestehende Geschäftssystemdaten in Kombination mit Daten aus der realen Welt analysiert. Der Wert geht jedoch über das einzelne digitale Modell eines Assets hinaus und ist zunehmend ein untermauerndes Element der digitalen Transformationsinitiativen eines Unternehmens.
Welche Technologien treiben die aktuelle und die nächste Generation der digitalen Zwillinge an?
Es gibt innovative und aufstrebende Technologien, die den digitalen Zwilling abdecken und einen greifbaren Geschäftswert für Smart Connected Products und Smart Connected Operations schaffen. Allerdings unterscheidet sich jeder Typ in irgendeiner Form von Funktionalität, Komplexität, Integrationen und Technologien. Je mehr Technologiesysteme hinzugefügt werden, desto "vollständiger" wird der Zwilling und es entsteht ein Digital Thread, der Herausforderungen und Chancen für Unternehmen und Technologieanbieter gleichermaßen mit sich bringt. Technologien verschiedener Komplexitätsgrade decken sowohl den physischen als auch den digitalen Bereich ab und ermöglichen so weitreichende Erkenntnisse.
Grundlegend:
Es gibt einige grundlegende Technologien, um die Anforderungen eines digitalen Zwillings zu erfüllen, der in Bezug auf die Wertschöpfung vereinfachte digitale Replikate übertrifft. Das physische Asset muss über die nötige Rechenleistung verfügen, um Daten zu generieren, und Zugang zu Servern vor Ort, in der Cloud oder am Edge für die weitere Verarbeitung und Speicherung haben. Die Mittel zur Übertragung dieser Daten erfordern eine zuverlässige Konnektivität, die u. a. in Form eines LTE-Mobilfunknetzes für geografisch verteilte Anlagen oder eines privaten Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWAN) in einem Betriebseinsatz erfolgen kann. Jede Form der Konnektivität und jedes Gerät mit Internetzugang erfordert umfassende Sicherheitssysteme, die die Integrität von Gerät, Netzwerk, Daten und Server gewährleisten. Auf irgendeiner Ebene muss es eine zugängliche digitale Definition der historischen Aufzeichnungssysteme der Anlage geben, die CAD-Modelle (Computer-Aided Design), PLM-Integrationen (Product Lifecycle Management) und zunehmend Echtzeiteigenschaften umfassen können.
Vollständig:
Während der digitale Zwilling heranreift, muss es eine weitere Ebene der Kontrolle und Einflussnahme geben, um seinem Begriff wirklich gerecht zu werden. Um dies zu erfüllen, ist eine IIoT-Plattform erforderlich, die diese disparaten physischen Systeme verbindet, kontextualisiert und mit ihnen interagiert sowie die virtuelle Sichtweise des digitalen Zwillings bereitstellt, der mit Echtzeit-Sensordaten und prädiktiven Analysen ausgestattet ist. Ein ebenso wichtiger Kontext ergibt sich aus der unternehmensweiten Integration von Geschäftssystemen auf der Ebene der Organisation (ERP) und der Fabrikhalle (MES). Diese Zwillingsdaten werden einer Vielzahl von Mitarbeitern an der Fertigungslinie über HMIs, Überwachungscomputer und Dashboards zur Verfügung gestellt.
Erweitert:
Aufstrebende Technologien werden in naher Zukunft die Funktionalität und die damit verbundenen geschäftlichen Auswirkungen erhöhen. Edge Computing und Analytik ermöglichen es dem physisch angeschlossenen Asset, Daten lokal zu verarbeiten und nur valide Daten vom Gerät zu senden; ein potenziell kritischer Faktor für die Übertragung großer 3D-Zwilling-Modelldateien und die Optimierung der Rechenleistung, Bandbreite und Latenzbeschränkungen eines Assets. Diese lokale Verfügbarkeit von Zwillingsdaten könnte dann auf die zunehmend verfügbaren Augmented-Reality-Headsets von Mitarbeitern an vorderster Front ausgeweitet werden, um deren digitale Darstellung und Analysen neben dem physischen Asset für ein immersiveres Erlebnis darzustellen. Cloud-basierte Anwendungen und IIoT-Simulationsmodelle prognostizieren darüber hinaus Echtzeit-Maschinenergebnisse auf der Grundlage historischer und realer Leistungsdaten und nutzen die IIoT-Plattform als Zugang zu Erkenntnissen, um den digitalen Zwilling weiter zu stärken.
Die nächste Generation:
Der zukünftige digitale Zwilling wird einen transformativen Geschäftseffekt auf revolutionäre industrielle Produktmodelle wie die additive Fertigung haben. Produktdesigner, die über eine Feedbackschleife mit der Betriebsleistung der realen Welt ausgestattet sind, können virtuelle Produktmodelle anpassen und die nächste Version oder Ersatzteile in 3D drucken. Technologien aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, einschließlich maschinellem Lernen und Deep-Learning-Algorithmen, sind in der Lage, aus diesen reichlich vorhandenen integrierten Zwillingsdatenquellen neue betriebliche Erkenntnisse zu gewinnen und die Effizienz der Anlagen zu verbessern. Blockchain bietet ein dezentralisiertes digitales Verzeichnis, das in der Lage ist, Dateneinspeisungen von mehreren Beteiligten im Produktlebenszyklus über die gesamte Lieferkette hinweg zu validieren und neue Erkenntnisse für den Zwilling zu schaffen sowie die Transparenz und Sicherheit zu verbessern.
Die Implementierung des Digitalen Zwillings erfordert ein Partnerschaftssystem.
Die Anwendung dieses Rahmens in der realen Welt erfolgt oft in Form von partnerschaftlich organisierten Ökosystemen; sie sind notwendig, um die Vielzahl der oben genannten Technologien zu unterstützen. Mit Hilfe von Partnern hat das eLAB der RWTH Aachen einen Zwilling der Produktionslinien für Elektrofahrzeugbatterien geschaffen, der Engpässe reduziert. Der erfolgreiche Einsatz umfasste eine IIoT-Plattform zur Verwaltung der angeschlossenen Batterielinie durch rollenbasierte Anwendungen (PTC), Konnektivität und Compute-Services (HPE) und die digitale Definition von Assets an der Linie, Simulation und HMI sowie die Integration von Unternehmenssystemen (NI, OSIsoft).
Wir erwarten, dass die Implementierung dieser Technologien in naher Zukunft einen transformativen Einfluss auf die Hersteller haben wird. IDC prognostizierte bereits 2018, dass in den nächsten Jahren 40% der Anbieter von IoT-Plattformen Simulationsplattformen, -systeme und -fähigkeiten integrieren werden, um digitale Zwillinge zu erstellen, und 70% der Hersteller die Technologie zur Durchführung von Simulationen und Szenariobewertungen nutzen werden, wodurch sich Anlagenausfälle um 30% reduzieren lassen.
Während sich diese Möglichkeit abzeichnet, wird der Schlüssel zur Wertschöpfung darin liegen, diese wesentlichen Technologien miteinander zu integrieren. Dies ist eine große Herausforderung, und erfolgreiche Implementierungen erfordern die richtige Mischung aus Technologien, Fachwissen und Partnerschaftssystemen.
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