Das Aufkommen der digitalen Twin-Technologie hat auf die industrielle Fertigung enorme Auswirkungen und eröffnet völlig neue Perspektiven für die Optimierung und Planung in Echtzeit durch virtuelle Modelle. Gastbeitrag von Laurent Einhäuser
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Foto: GlobalLogic
Der Autor Laurent Einhäuser ist Associate Vice President Client Engagement bei GlobalLogic Germany, einem Anbieter in der IT-Entwicklung und digitalen Transformation. Er verantwortet dort die Bereiche Industrie und Fertigung.
In Zeiten von Industrie 4.0 sind die Möglichkeiten der vernetzten Fertigung für viele Hersteller eine große Chance. Der Fortschritt bringt jedoch gleichzeitig neue Herausforderungen mit sich, die OEMs und Zulieferer bewältigen müssen, da sie etablierte Methoden verdrängen und neue Denkweisen in Bereichen wie Robotik, Automatisierung, Fertigung und Maschinen schaffen.
Der Wandel zu Industrie 4.0 erfordert für die meisten Hersteller und Produzenten große Investitionen. Dabei belohnt der Markt jetzt kreative und disruptive Ideen sowie branchen- und systemunabhängige Lösungen.
Die entscheidende Rolle von Cloud-Technologien und digitalen Zwillingen macht die Bewältigung dieser Herausforderungen möglich. Gemeinsam ermöglichen sie es, Fertigungsprozesse flexibler und effizienter zu gestalten. Unternehmen können große Datenmengen speichern und verarbeiten, und digitale Zwillinge bieten eine virtuelle Darstellung von physischen Anlagen und Produkten. So können Hersteller während der Produktentwicklung Simulationen durchführen, Prozesse optimieren, Kosten sparen und Wartungsarbeiten genauer durchführen.
Die Cloud fungiert als zentrale Datenplattform, auf der Informationen in Echtzeit gespeichert und jederzeit abgerufen werden können.
Die Anwendungsmöglichkeiten der Cloud-basierten digitalen Twin-Technologie (DT) eröffnen Unternehmen eine Vielzahl von Vorteilen und Optimierungsmöglichkeiten für den gesamten Produktionszyklus in der vernetzten und intelligenten Fertigung.
Digital Twins spielen bei diesem Wandel eine zentrale Rolle. Sie beruhen auf dem Grundprinzip, virtuelle Abbilder von physischen Objekten zu erstellen. Auf diese Weise können Prozesse vor der eigentlichen Produktion simuliert werden, was zu erheblichen Verbesserungen bei der Planung und Qualitätssicherung von Produktionsprozessen führt. So können Unternehmen ihre Produktionsprozesse effizienter gestalten und gleichzeitig stabile Abläufe im gesamten Produktionsprozess sicherstellen. Die Nutzung virtueller Bilder reduziert das Risiko während der Produktion, minimiert Ausfallzeiten und verbessert die Kommunikation zwischen parallelen Prozessen in verschiedenen Werken und Fabriken.
Besonders vorteilhaft ist dies im Rahmen einer globalen Vernetzung, da Entwicklung und Produktion in verschiedenen Ländern und international stattfinden können. Zudem ermöglicht die Vernetzung durch Digital Twins den Datenaustausch für die Planung zukünftiger Produktionsprozesse und unterstützt Unternehmen dabei, Entscheidungen auf der Grundlage objektiver, datengestützter Informationen zu treffen.
Zusätzlich erleichtern Digital Twins die Optimierung von Lieferketten und ermöglichen eine vorausschauende Wartung auf Basis präziser Daten. Durch diese Technologie wird auch das Rapid Prototyping für maßgeschneiderte Lösungen beschleunigt. Verschiedene Branchen profitieren von einem modellbasierten Lernen durch realistische Simulationen, die beliebig viele Szenarien in ihren Produktionsabläufen abbilden.
Weitere Vorteile der Digital Twin-Technologie liegen in der Optimierung des Änderungsmanagements und einer nachhaltigeren Organisation der Produktion. Digital Twins bieten eine Lösung für den Fachkräftemangel in der Industrie, indem sie komplexe Aufgaben automatisieren und eine effizientere, flexiblere und qualitativ hochwertige Produktion ermöglichen, die auf präzisen Daten und Analysen basiert.
Die Integration von Digital Twins in den Produktionszyklus verschafft Unternehmen einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Dabei können sie nicht nur die Effizienz und Qualität ihrer Produkte verbessern, sondern auch die Zufriedenheit ihrer Kunden steigern. Dank der kontinuierlichen Überwachung und Analyse von Produktionsdaten können Unternehmen ihre Prozesse in Echtzeit optimieren und anpassen. Dies führt zu einer Reduzierung von Verschwendung und einer Erhöhung der Gesamtproduktivität. Ein weiterer Vorteil von Digital Twins besteht darin, dass Unternehmen in der Lage sind, schnell auf Marktveränderungen zu reagieren und personalisierte Produkte anzubieten.
Um die Vorteile der Digital-Twin-Technologie optimal zu nutzen, ist es ratsam, moderne KI- und AR-Systeme einzusetzen. Angesichts der Anforderungen der Industrie 4.0-Transformation sind Daten und spezifische Anwendungen erforderlich, um diese Daten in wertvolles Wissen umzuwandeln. In der Praxis ermöglicht die cloudbasierte Anwendung der Digital Twin-Technologie die Simulation realer Objekte und Prozesse aus der Produktion. Hersteller können damit ihre Produktionsabläufe testen, Schwachstellen identifizieren und die Qualität einzelner Komponenten optimieren. Nach der Optimierung mithilfe eines digitalen Zwillings können die Erkenntnisse zurück in die reale Produktionsumgebung übertragen werden.
Für diesen Prozess greift die Digital Twin-Technologie auf moderne KI- und AR-Systeme zurück, um eine detaillierte Simulation mit den verfügbaren Maschinen- und Prozessdaten zu erstellen. Große Datenmengen von Geräten, Maschinen und Anlagen sowie von Teilkomponenten und angrenzenden Systemen werden mithilfe intelligenter Sensoren gesammelt und verarbeitet. Moderne IIoT-Geräte, die bereits mit umfangreicher Sensorik ausgestattet sind, erleichtern diese Aufgabe und ermöglichen eine digitale Abbildung der Arbeitsabläufe.
Diese Geräte sind in der Regel mit einer zentralen Cloud verbunden, in der ein spezielles Software-System die Daten mit leistungsstarken Algorithmen auf Basis von Deep Learning analysiert. Die Analyse wird den Ingenieuren und Facharbeitern in Form von "Layouts" präsentiert, die sie individuell bearbeiten können. Sie können die Inhalte von überall über ein mobiles Gerät auswerten. Entscheidungen über Fertigungsprozesse können nun von fast jedem Ort aus in Echtzeit und rund um die Uhr getroffen werden. Dabei werden sie zunehmend von "Cobots" unterstützt, vielseitigen Industrierobotern, die monotone, repetitive oder gefährliche Aufgaben übernehmen, während sich der menschliche Partner auf anspruchsvollere Aufgaben konzentrieren kann.
Ein führendes Unternehmen in der Lagerlogistik und Robotik Branche hat in Zusammenarbeit mit GlobalLogic einen innovativen Ansatz entwickelt, indem es einen digitalen Zwilling seines Lagerhauses erschaffen hat. Das Hauptziel bestand darin, Remote-Tests durchzuführen und die Qualitätssicherung zu optimieren. Hierfür wurde eine fortschrittliche Plattform entwickelt, die es ermöglichte, Tests in einer dynamischen Umgebung für verschiedene Module und Microservices des Unternehmens durchzuführen. Die Flexibilität dieser Plattform erlaubt es, Tests in beliebiger Kombination durchzuführen.
Durch den digitalen Zwilling war es möglich, die gesamte Struktur und Hardware des Lagers auf der Ebene der Datenübertragung akkurat zu emulieren. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Die Markteinführungszeit konnte um 20 Prozent verkürzt werden, da die Validierungszeit für die Lagerstruktur von 12 Wochen auf lediglich 5 Tage reduziert wurde. Zusätzlich wurden 85 Prozent weniger Arbeitskräfte für die Strukturplanung benötigt. Der digitale Zwilling ermöglichte zudem eine detaillierte Überprüfung der Systemeffizienz vor der Installation und führte zu einer bemerkenswerten zehnfachen Steigerung der Testintensität.
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