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Was digitale Zwillinge von der Simulation unterscheidet

Mehr als die Summe seiner Teile

Was digitale Zwillinge von der Simulation unterscheidet

Technologie soll die komplexen Aufgaben in der industriellen Praxis vereinfachen. Simulation und der digitale Zwilling spielen dabei zwei Hauptrollen. Doch was verbindet diese Ansätze und wo verlaufen ihre Grenzen?

 (Bild: ©Andrei Merkulov/stock.adobe.com) [1]

(Bild: ©Andrei Merkulov/stock.adobe.com)

In vielen Fällen ist ein digitaler Zwilling ohne darin integrierte Simulationsdaten nur wenig wert. Gerade weil beide Technologien so eng miteinander verknüpft werden, sollten die Unterscheidungsmerkmale genau bekannt sein. In der Informatik beziehen sich die Simulationen auf digitale Modelle, die die Tätigkeiten oder Prozesse innerhalb eines Systems nachahmen. Mit derartige Simulationen kann man die Leistungsfähigkeit von Systemen analysieren und neue Ideen erproben und umsetzen. Ingenieure und Techniker nutzen Simulationen in einer Vielzahl von Branchen, um Produkte, Systeme, Prozesse und Konzepte zu testen. Oft werden Simulationen mithilfe von Softwareanwendungen für computergestütztes Design durchgeführt. Für fortgeschrittenere Simulationen mit vielen Variablen wird jedoch spezielle Simulationssoftware verwendet. Typische Beispiele für die Funktionsweise von Simulationen sind ihre Verwendung in der Finite-Elemente-Analyse oder der Druckanalyse. In der realen Welt beinhalten diese Tests die Analyse der Wirkung von äußerem Druck auf Metalle oder Produkte, um deren Design oder Eigenschafen zu verbessern.

Vielfältige Technologie

Andere Arten von Simulationen umfassen diskrete Ereignissimulationen, stochastische Simulationen und deterministische Simulationen. Bei diesen Typen sind die bei der Ausführung der Simulation verwendeten Variablen entweder bekannt oder zufällig. Für die Durchführung von Simulationen ist ein gewisses Maß an Digitalisierung erforderlich. Dieser Prozess kann nur mathematische Konzepte oder den Entwurf von 2D- oder 3D-Modellen umfassen, die Assets innerhalb eines Prozesses oder eines Produkts darstellen. Die Simulation wird dann durch Einfügen von Variablen in die digitale Umgebung oder Schnittstelle ausgeführt.

Was ein digitaler Zwilling ist

In seiner Grundform ist ein digitaler Zwilling die digitale Darstellung von physischen oder nicht-physischen Prozessen, Systemen oder Objekten. Der digitale Zwilling integriert auch alle Daten, die mit dem Prozess oder dem System, das er widerspiegelt, produziert oder verbunden sind. So ermöglicht er die Übertragung von Daten innerhalb seines digitalen Ökosystems und spiegelt den Datentransfer wider, der in der realen Welt stattfindet. Die in den digitalen Zwillingen verwendeten Daten werden im Allgemeinen von Internet of Things-Geräten, Edge-Hardware, HMIs, Sensoren und anderen eingebetteten Geräten erfasst. Somit stellen die erfassten Daten Informationen auf hohem Niveau dar, die das Verhaltensmuster der digitalisierten Assets im digitalen Zwilling integrieren.

Mehr als die Summe seiner Teile

Was digitale Zwillinge von der Simulation unterscheidet

Planspiele mit Echtzeitdaten: Gerade in der Prozessindustrie lässt sich mit den Betriebsabläufen kaum experimentieren. Digitale Zwillinge könnten hier Optimierungspotenzial erschließen helfen. (Bild: ©Andrei Merkulov/stock.adobe.com) [2]

Planspiele mit Echtzeitdaten: Gerade in der Prozessindustrie lässt sich mit den Betriebsabläufen kaum experimentieren. Digitale Zwillinge könnten hier Optimierungspotenzial erschließen helfen. (Bild: ©Andrei Merkulov/stock.adobe.com)

Simulieren mit Echtzeit-Daten

Die digitale Echtzeit-Darstellung, die ein digitaler Zwilling oft bietet, kann als eine eigene Welt verstanden werden. In dieser digitalen Welt können alle Arten von Simulationen durchgeführt werden. Sie kann auch als Planungs- und Terminierungswerkzeug für Schulungen, Anlagenmanagement und die Umsetzung neuer Ideen verwendet werden. Dies unterstreicht die Tatsache, dass ein digitaler Zwilling eine virtuelle Umgebung ist, er muss also entweder aus 2D- oder 3D-Assets oder den Daten bestehen, die sie produzieren oder von denen erwartet wird, dass sie produzieren werden. In der modellierten virtuellen Umgebung können Einzelpersonen mit wenigen Einschränkungen, einschließlich der Durchführung von Simulationen, frei agieren.

Unterschied praktisch erläutert

Obwohl die Definitionen beider Konzepte bereits wesentliche Unterschiede hervorheben, macht die Verwendung von Fallstudien diese Unterschiede besser zuordenbar. Im Jahr 2019 war CKE Holdings Inc., die Muttergesellschaft von Hardee’s und Carl’s Jr. an einer Steigerung der Produktivität in diesen Einrichtungen interessiert. Die Idee bestand darin, die Kommissionierung durch das Personal zu erleichtern und den Verkehr im Produktionsbereich durch bessere Layoutgestaltungen zu reduzieren. Während Simulationen zur Analyse des kürzesten Abstands zwischen den Arbeitsplätzen oder der Auswirkungen von mehr Lagermöglichkeiten innerhalb des Restaurants verwendet werden können, kann ein digitaler Zwilling mehr tun. Durch die Verwendung eines digitalen Zwillings war CKE Holdings Inc. in der Lage, digitale Darstellungen der bestehenden Produktionsbereiche zu erstellen und mehrere Simulationen, Design- und Planungsideen zur Produktivitätssteigerung durchzuführen. Dies führte zu Verbesserungen in jedem Aspekt des Betriebs der Einrichtung, von der Personalschulung über die Zeitplanung bis hin zur effizienteren Erfüllung der Kundenanforderungen.

Verstehen, was passieren kann

Das Beispiel illustriert, wie Simulationen zum Verständnis dessen beitragen können, was bei der Einführung von Änderungen geschehen kann. Ein digitaler Zwilling schärft jedoch den Blick dafür, was gerade geschieht und was innerhalb eines Prozesses geschehen kann. Zu den wichtigsten Unterschieden gehören:

Echtzeit-Simulationen – Klassische Simulationen werden in virtuellen Umgebungen ausgeführt, die Darstellungen von physischen Umgebungen sein können, aber keine Echtzeitdaten integrieren. Die regelmäßige Übertragung von Informationen zwischen einem digitalen Zwilling und seiner physischen Umgebung ermöglicht solche Echtzeit-Simulation. Das erhöht die Genauigkeit der prädiktiven Analysemodelle und der Management- und Überwachungsrichtlinien von Unternehmen.

Verbesserung des Produktdesigns – Fortschrittliche Simulationen können Tausende von Variablen analysieren, um verschiedene Antworten zu liefern. Ein digitaler Zwilling kann noch mehr: Die Integration der Technologie beim Flugzeughersteller Boeing in die Konstruktion und Produktion liefert ein weiteres Beispiel dafür. In diesem Fall wurde ein digitaler Zwilling verwendet, um Teile eines Flugzeugs zu simulieren und zu analysieren, wie sich verschiedene Materialien während des gesamten Lebenszyklus des Flugzeugs verhalten werden. Mit diesen Berechnungen war Boeing in der Lage, eine Verbesserung von 40 Prozent in der Qualität bestimmter vom Unternehmen entwickelter Teile zu erreichen.

Produkte und Prozesse im Betrieb verbessern – Jedes heute fahrende Tesla-Auto hat einen digitalen Zwilling, der die großen Datensätze erfasst, die jedes Auto produziert. Die erfassten Daten werden bei der Optimierung des Designs, der prädiktiven Analyse, der Verbesserung von Selbstfahrinitiativen und der Wartung verwendet. Ein digitaler Zwilling beeinflusst also – im Gegensatz zu den Ergebnissen klassischer Simulationstools – die repräsentierte physische Einheit direkt oder indirekt.