WARUM EIN DIGITALER ZWILLING SINN MACHT

Der digitale Zwilling oder auch auf Englisch „digital twin“ wird in Zusammenhang mit dem Schlagwort Industrie 4.0 immer bekannter. Und obwohl diese Technologie nun schon seit mehr als zehn Jahren bekannt ist, stellt sich vielen die Frage: Was genau soll das sein? Unter Zwillingen kann sich jeder etwas vorstellen: zwei zum Verwechseln ähnliche Menschen, die womöglich noch dazu gleich gekleidet sind, alles gemeinsam unternehmen und sich – so könnte man meinen – blind verstehen. Aber was bedeutet das dann für einen digitalen Zwilling?

Wie auch bei herkömmlichen Zwillingen handelt es sich dabei um ein Abbild eines realen Objektes, eines Service oder auch eines immateriellen Guts. Dieses Abbild existiert allerdings nicht real und zum Anfassen, sondern wie es auch der Name beschreibt: digital. Dabei ist der digitale Doppelgänger nicht nur ein Haufen von willkürlich gesammelten Daten des Objektes, wie beispielsweise einer Maschine. Die Eigenschaften, der Zustand und das real existierende Verhalten können mit Hilfe eines digitalen Zwillings durch Modelle, Informationen und Daten erfasst werden. Das wiederum bietet eine Menge von möglichen Anwendungen, die unter anderem das Ziel der Prozessoptimierung, Kostenminimierung und der vorzeitigen Problemerkennung und -behebung haben. [1], [2]

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WARUM EIN DIGITALER ZWILLING SINN MACHT

Fakt ist, dass der digitale Zwilling Simulationen ermöglicht, die Vorhersagen über zukünftige Ereignisse ermöglichen. Dabei handelt es sich nicht nur um eine vage Ahnung oder Prognose. Beispielsweise kann durch den digitalen Zwilling eines neuen Produkts bereits vor dem Bau eines einzigen Prototyps eingeschätzt werden, welche möglichen Probleme bei der Fertigung auftreten können oder welche Risiken bestehen, die sich negativ auf die Qualität des Produktes auswirken könnten.

Der Digitale Zwilling wird parallel zur Entstehung des realen Objekts ständig aktualisiert und vereint so zahlreiche produktrelevante Informationen, wie Entwicklungsmodelle, Konstruktionsdaten, Fertigungspläne, Wartungsinformationen und Nutzungsdaten aus dem Betrieb. Um einen Mehrwert dieser Daten zu erhalten und das Potenzial dieser optimal auszunutzen, werden sie durch physikalische Modelle des Produkts strukturiert und für Analyse, Optimierung und Steigerung der Effizienz verwendet. Außerdem bietet beispielweise die virtuelle Inbetriebnahme eines Produkts im Computer eine Möglichkeit zur Minimierung von Entwicklungs- und Produktionskosten. [1], [2]

WO EIN DIGITALER ZWILLING ANWENDUNG FINDET

In der Automobilindustrie gibt es simulierte Crashtests und in der Ausbildung eines Piloten sind virtuelle Flüge ein Bestandteil des Alltags. Smarte Fabrikplanung, also das digitale Abbild einer Fabrik mit allen Prozessen und realen Objekten ist mittlerweile ein immer größeres Gesprächsthema und ein Instrument für Produktionsplaner- und entwickler. Doch wo lassen sich digitale Zwillinge noch auffinden, wo man sie vielleicht nicht im ersten Moment erwartet?

 

Lebensmittelindustrie

Ein Anwendungsgebiet der digitalen Zwillinge, an welches man vermutlich nicht als Erstes denkt, ist die Lebensmittelindustrie. Jedoch ist es äußerst sinnvoll, gerade diesen Industriezweig mittels neuer Technologien zu erschließen und zu optimieren, da schließlich jeder Mensch ein Interesse an hochwertigen Lebensmitteln pflegt.

Aus diesem Grund gibt es Forschungen zur Anwendung digitaler Zwillinge in der Qualitätskontrolle in einer Region Westdeutschlands. Dabei soll das Problem beseitigt werden, dass die Kontrolle der Lebensmittelqualität stets nur im Nachgang und stichprobenartig erfolgt. Durch den Einsatz eines digitalen Zwillings soll dies zukünftig sozusagen in Echtzeit erfolgen, wodurch Lebensmittel schon bei der Produktion überwacht werden können, Produktionsfehler frühzeitig ausfindig gemacht und Behebungsmaßnahmen getroffen werden können. Dadurch werden die gesetzlich vorgeschriebenen nachträglichen Labortests ergänzen und somit die Qualitätssicherung verbessern. [3]

 

Anlagenbau

Um Entwicklungskosten neuer Projekte zu minimieren, wird derzeit in der fertigenden Industrie auf die Kombination bestehender Entwicklungen als Vorlage zurückgegriffen. Dieses Prinzip wird auch als Copy-Plant-Concept bezeichnet. An dieser Stelle kommt der digitale Zwilling ins Spiel - im Anlagenbau ist er die Summe der technischen Einzelheiten, Strukturen und Arbeitsprozesse.

Um neue Projekte optimal zu realisieren, wird ein funktionales Anlagenmodell benötigt, welches modular aufgebaut ist und bei dem jede Komponente von den Anforderungen abhängig ist. Thyssenkrupp Industrial Solutions entwickelte eine Lösung der Problemstellung mit diesem sogenannten „Pre-configurated Plant Concept“. Grundlage der neuen Entwicklungen ist schlussendlich ein Modell, welches den Anforderungen gerecht erstellt wird. Damit können Anlagen konzipiert werden, die kundenindividuell sind und zudem zu Gunsten der Entwicklungskosten durch eine hohe Wiederverwendung gekennzeichnet sind. [4]

 

Geschäftsprozessmodellierung

Das Potenzial des digitalen Zwillings beschränkt sich bei weite nicht auf reale Objekte, sondern auch immaterielle Objekte wie Geschäftsprozesse können abgebildet werden. Geschäftsprozesse gelten dabei als eine Beschreibung von sowohl sach- als auch zeitbezogenen Abläufen in einem Unternehmen.

Der digitale Prozesszwilling beinhaltet folglich sämtliche Informationen über den realen Geschäftsprozess, die sozusagen kunterbunt im ganzen Unternehmen in verschiedenen Systemen verteilt sind. Ein erheblicher Vorteil eines solchen Prozesszwillings ist die Zentrierung und Verknüpfung der zu dem Prozess gehörenden Daten. Diese Aufgabe ist zwar hochkomplex, bietet aber zahlreiche neue Einsatzfelder. Dazu zählen zum Beispiel Analysen der Performance und Überwachung von Prozessen, die Simulation zur Abschätzung von Änderungen im Prozess, Prozesssteuerung und Automatisierung. [5]

 

Gesundheitswesen

Auch im Gesundheitswesen findet der digitale Zwilling Anwendung. Dabei wird ein Abbild eines Patienten erstellt, welches entweder unstrukturierte und unverknüpfte oder miteinander in Beziehung stehende Daten enthält. Der digitale Zwilling bringt daher Möglichkeiten bei der Therapie mit Medikamenten mit sich, beispielsweise durch die Überwachung der Medikamenteneinnahme in Amerika. Ebenso können Kosten in Prävention und Diagnostik durch die Anwendung digitaler Zwillinge in großem Maße eingespart werden.

Dabei ist der Einzug des digitalen Zwillings im Gesundheitswesen ein sehr sensibles Thema, da es um intime Informationen eines jeden Menschen, sowie seine Gesundheit geht. Daher müssen die Chancen und Risiken abgewogen werden, sowie die Sicherheit der Daten einen äußerst hohen Stellenwert bekommen. [6]

FAZIT

Neue Technologien vereinen stets sowohl Chancen als auch Risiken. Der digitale Zwilling ist eine große Hilfestellung und bietet Optimierungsmöglichkeiten in jeglichen Bereichen der Industrie und des Dienstleistungssektors. Wie zum Beispiel im Bereich des Produktdesigns, womit neue Ansprüche erfüllt werden können, sowie bestehende Problemstellungen schneller und auch kostengünstiger gelöst werden können. Vorhersagen und Gefahrenbehebungen durch Simulationen, Abschätzungen von Risiken, Verbesserung der Qualitätssicherung – all diese Schlagworte sind Potenziale dieser Technologie in sämtlichen Lebensbereichen. Dem gegenüber stehen auch Risiken, die das Neue und auch an einigen Stellen noch Unbekannte mit sich bringt. Doch wie bei allem gilt es, sich weder voller Euphorie hinzugeben, noch skeptisch auf dem Gewohnten zu beharren. Der Mittelweg als Umgang mit digitalen Zwillingen wird sicherlich zu zahlreichen Vorteilen und Erleichterungen im Alltag jedes Einzelnen, wie auch im Alltag eines Betriebs führen. [7]

Quellenangaben

[1] Vgl. Prof. Dr.-Ing.Rainer Stark: Smarte Fabrik 4.0 – Digitaler Zwilling, unter: https://www.ipk.fraunhofer.de/fileadmin/user_upload/IPK/publikationen/themenblaetter/vpe_digitaler-zwilling.pdf/ (5.1.2019)

[2] Vgl. Tobias Bellmann: Der „physikalische“ Digitale Zwilling – vom Konzept zum Produkt, in: IM+io – Best & Next Practices aus Digitalisierung | Management | Wissenschaft 33. Jahrgang, Heft 1, 2018, S26ff.

[3] Vgl. Tatjana Nisic, Florian Conradi, Oliver Niggemann, Kevin Pinkal, Jan Schneider, Patrick Wefing, Fan Zhang: Food meets IT: der Digitale Zwilling erobert die Lebensmittelindustrie, in IM+io – Best & Next Practices aus Digitalisierung | Management | Wissenschaft 33. Jahrgang, Heft 1, 2018, S30ff.

[4] Vgl. Jens Mathiak, Johannes Dammeier: Konfigurieren statt Kopieren: Bei thyssenkrupp Industrial Solutions werden Düngemittelanlagen smart und modular, in IM+io – Best & Next Practices aus Digitalisierung | Management | Wissenschaft 33. Jahrgang, Heft 1, 2018, S34ff.

[5] Vgl. Dirk Werth, Christian Linn: Der digitale Prozesszwilling: Vom klassischen Geschäftsprozessmodell zum steuerbaren, digitalen Abbild des Realprozesses, in IM+io – Best & Next Practices aus Digitalisierung | Management | Wissenschaft 33. Jahrgang, Heft 1, 2018, S38ff.

[6] Vgl. David Matusiewicz: Digitalisierung im Gesundheitswesen: Wenn der digitale Zwilling schon vorher beim Arzt war..., in IM+io – Best & Next Practices aus Digitalisierung | Management | Wissenschaft 33. Jahrgang, Heft 1, 2018, S44ff.

[7] Vgl. Michael Grieves: The Evolution of the Digital Twin: A visionary product concept brings big changes for the future, in IM+io – Best & Next Practices aus Digitalisierung | Management | Wissenschaft 33. Jahrgang, Heft 1, 2018, S66ff.