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06. Dezember 2021
3 Min.

Digital Twin am Beispiel "Smartes Gewächshaus"

Eine verlässliche Anwendung zur Fehlerfrüherkennung und-Behebung sowie Optimierung stellt der digitale Zwilling (Digital Twin) dar. Dieser beschreibt die virtuelle Abbildung eines Geräts oder eines Systems, um eine höhere Verständlichkeit für dieses zu entwickeln und nach Bedarf im Vorfeld zu optimieren. Im Rahmen unseres Showcases "Smartes Gewächshaus" wird der Digitale Zwilling genutzt, um Sensordaten aus der Ferne anzeigen zu lassen.

Funktionsweise

Der Einsatz eines Digital Twins ist eng mit dem Produktlebenszyklus verknüpft. So kommt er bereits vor Beginn des Produktlebenszyklus  zum Einsatz und kann Schwachstellen ausfindig machen um diese bereits vor der Inbetriebnahme eines Systems auszumerzen.Zusätzlich kann er in bereits bestehenden Zyklen angewendet werden.

Digital Twin in der Planungs-und Entwicklungsphase: Einen Digital Twin in der Vor-und Frühphase eines Produktlebenszyklus zu implementieren, birgt den Vorteil sehr früh Fehleranalysen vornehmem zu können. Gerade dadurch können große Kosten und Zeiteinsparungen vorgenommen werden, da im Optimalfall ein teures Prototyping und aufwendige Tests entfallen. Zusätzlich steigt auch die Toleranz und Experimentierbereitschaft was die Interaktion des Systems und dem Produktionszyklus anbelangt.

Digital Twin in einem laufenden Produktionslebenszyklus: Sollte sich die Produktion schon in einem laufenden Zyklus befinden, gibt es zwei Möglichkeiten einen Digital Twin zu implementieren. Die erste ist es, den Zwilling mit der bereits vorhandenen Softwares und Daten zu verknüpfen. Bei der zweiten Möglichkeit wird der Zwilling anhand von Machine Learning Verfahren abgebildet.

Fazit: Die verschiedenen Möglichkeiten einen Digital-Zwilling in verschiedene Phasen und Zyklen einsetzen zu können, ist ein großer Vorteil und zeigt sich vor allem an den verschiedenen Varianten.

Digital Twin – Die Varianten

Part Twin (Bauteil Zwilling)

Als Bauteil Zwilling wird das digitale Abbild eines reellen Bauteils bezeichnet. Durch Machine Learning –Verfahren werden Bauteile bereits während der Erstellungsphase (z.B. durch CAD Programme) in die optimale Bauform gebracht und auf essentielle Bestandsteile reduziert. Durch dieses effizientere Bauverfahren werden gleichermaßen Lebzeiten von Bauteilen verlängert, Entwicklungszeiten verkürzt und Kosten drastisch eingespart. Die Nutzung des Bauteil-Zwillings beschränkt sich nicht nur auf die Entwicklungszeit, sondern auch weitaus danach. So können mithilfe eines digitalen Zwillings in Kombination mit realen Sensordaten u.a. Optimierungen, Instandhaltungsprozesse und Monitoring vorgenommen werden.

Product Twin ( Produkt Zwilling)

Ein Produkt Zwilling setzt sich aus mehreren Bauteil-Zwillingen und weiteren Komponenten ( Regler, Software ) zusammen. Die Funktionsweise des Produkt-Zwillings ist sehr ähnlich zu der des Bauteil Zwillinga, da dieser dafür eingesetzt wird, um Ressourcen und Zeit in der Entwicklung einzusparen. Dies geschieht durch die (Früh-)Erkennung, Simulation und optimierte Auswahl von Zusammenhängen im Produktlebenszyklus. Dies schafft einen vielversprechenden Ausgangspunkt für die Aussagekraft gesammelter Daten die sich aus Vorhersagemodellen, Stresstests und Simulationen gesammelt werden.

System Twin ( System Zwilling)

Dem Produkt-Zwilling übergeordnet ist der System-Zwilling. Dieser setzt sich daher aus mehreren Bauteil-Zwillingen und Produkt-Zwillingen zusammen und kann somit ein komplettes Werk bzw.eine komplette Produktionslinie darstellen. Anwendung findet der System-Zwilling hauptsächlich in der Kommunikation zwischen der Logistik ( Zulieferer) und den Werken.

Referenzarchitektur

Im Folgenden sehen sie eine Referenzarchitektur eines digitalen Zwillings. Darin lässt sich zum einen anhand der Referenz zur Reellen Welt – dargestellt durch den blauen Kreis zur Linken – gut erkennen, dass es sich beim Digitalen Zwilling um mehr als nur einem digitalen Abbild eines reellen Bauteils handelt und zum anderen, sich dieser aus verschiedenen Komponenten ( Digitales Modell, Data Analyse Software, Datenbanken, Kommunikationsschnittstellen zu Sensoren und Grafischen Oberflächen) zusammensetzt. Auch gut zu erkennen ist, der hohe Datenfluss während der Kommunikation zwischen den Schnittstellen – dargestellt durch die blauen Pfeillinien.

Unsere Dienstleistung

Gerne beraten wir Sie bei der Entscheidung, ob ein digitaler Zwilling einen längerfristigen Mehrwert für Ihr Produkt und damit verbunden Ihrer Firma darstellt.

Darauf basierend unterstützen wir Sie beim Aufbau eines digitalen Zwilling eines neuen, sowie eines bestehenden Produktes/System, indem wir die Architektur entwickeln und Ihnen bei der Umsetzung der Software, vom Datenbankmanagement über die Datenanalyse mit Machine Learning bis hin zur Visualisierung, zur Seite stehen.

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