Der Digital Twin – Mehr als ein Abziehbild aus Nullen und Einsen

Der Digital Twin ist zweifelsohne einer der wichtigsten Technologietrends für 2018. Grund genug, zu beleuchten, weshalb der digitale Zwilling von Anlagen, Produkten, Werkstücken und Prozessen weit mehr als nur ein einfaches Abbild ist. Was der digitale-Klon kann und welche Potenziale er für das Engineering und den Anlagenbetrieb birgt, erfahren Sie hier.

Digitalisierung, digitale Daten, digitaler Zwilling. Was so häufig in einem Atemzug genannt wird, bedarf in der Praxis einer etwas differenzierteren Betrachtung. Das Zusammenspiel lässt sich an einem Bild veranschaulichen: Wenn jemand mit der Digitalkamera eine Luftaufnahme des Stadtkerns von Manhattan macht, ist das resultierende Foto sicher hübsch anzusehen – und die Daten liegen in digitaler Form vor. Auch Straßen und Kreuzungen sind in der Aufnahme gut sichtbar. Versucht man jedoch mit diesen Daten sein Navigationsgerät zu füttern, wird das Gerät nicht mehr als eine Fehlermeldung geben.

Der Digital Twin

Komplexes Datengefüge

Der Grund liegt darin, dass das bloße digitale Bild für den Menschen interpretierbar ist, jedoch für das Navigationsgerät keine brauchbaren Daten enthält. Damit das Navigationsgerät eine Route berechnen und den Reisenden gewissenhaft lotsen kann, muss es wissen, wo Straßen verlaufen, wie Straßen miteinander verknüpft sind und wo sich Sackgassen und Einbahnstraßen befinden. Straßen, die im Foto nur aus einzelnen Bildpunkten als gerade Linie repräsentiert sind, werden durch die Verknüpfung von Informationen zur logischen Verbindung zwischen A und B. Das Navigationsgerät berechnet ein komplexes Modell, das flexibel auf auch auf einen steten Informationsfluss reagiert, beispielsweise auf die gegenwärtige Fließgeschwindigkeit des Verkehrs, aktuelle Straßensperrungen oder auf ein falsches Abbiegen.

Intelligente Anlagenplanung

Auch der Digital Twin ist weit mehr als nur ein digitales Abziehbild seiner physischen Entsprechung. Er wird gespeist aus unzähligen Daten, die zueinander in einer komplexen Beziehung stehen und auch durch das Industrial Internet of Things (IIoT) stetig ergänzt werden. Durch die Verknüpfung dieser Daten erlaubt der Digitale Zwilling Engineeringsystemen, intelligent und vorausschauend Hilfestellung in der Anlagenplanung zu geben: Ist im System beispielsweise die Information hinterlegt, dass eine Rohrleitung einen bestimmten Stoff führen soll, kann es für den weiteren Bau oder zur Instandhaltung Dichtungen vorschlagen, die etwa korrosiven Substanzen standhalten.

Der Digital Twin als Single Source of Truth

Probleme entstehen dort, wo die Daten nicht in ein zentrales Anlagenmodell, sondern in unterschiedliche Modelle einfließen. Dieses Vorgehen birgt ein erhöhtes Fehlerpotential, da auf diese Weise mitunter für das disziplinübergreifende Arbeiten keine einheitliche Grundlage geschaffen werden kann. Statt mit einem Zwilling der Anlage arbeiten die Kollegen aufgrund fehlerhafter Informationen dann eher mit einem Cousin zweiten Grades. Das zur Umsetzung von Industrie 4.0 erforderliche Engineering 4.0 erfordert, dass der Digital Twin als ‚Single Source of Truth‘ für alle beteiligten Disziplinen fungieren muss. So wird der Digitale Zwilling von der frühesten Konzeptionsphase über das Engineering bis zur Wartung und den gesamten Lebenszyklus seiner physischen Entsprechung hinweg permanent mit neuen Informationen versorgt.

Predictive Maintenance (PdM) – Die Stauwarnung für den Anlagenbetrieb

Wo das Digitalfoto einen statischen Ist-Zustand abbildet, hilft das Navi durch Echtzeitdaten Staus zu umgehen. Auch der Digitale Zwilling trägt dazu bei, Stillstände zu vermeiden. Kombiniert mit den aktuellen Daten der realen Anlage entsteht ein Modell, welches intelligente Vorhersagen über bevorstehende Ausfälle ermöglicht und daher vorhersagen, wann eine Wartung erforderlich ist. Kostenintensive Reparaturen und unproduktive Zeiten lassen sich so effektiv vermeiden. Möglich wird das durch das Erfassen der Soll-Werte für die Anlage in einer zentralen Datenbank. Durch den Digitalen Zwilling können Abweichungen von diesen Werten erkannt werden und Anlagenbetreiber frühzeitig Wartungsmaßnahmen einleiten. Ähnlich verhalten sich Navigationsgeräte, die direkt auf Abweichungen von der programmierten Route reagieren, bevor der Fahrer beispielsweise im Hudson River landet („Kehren Sie, wenn möglich, um.“).

Standortübergreifendes Arbeiten

Die enormen Datenmengen müssen nicht nur zentralisiert sondern auch verwaltet werden. Ein leistungsfähiges Datenbankmanagement-System ist dafür essentiell. Eine mehrschichtige Architektur mit hoher Skalierbarkeit und Multi-User Fähigkeit erlaubt es ortsunabhängig allen Beteiligten auf dasselbe Modell, denselben digitalen Zwilling zuzugreifen. Gerade dort, wo disziplinübergreifend in größeren Teams gearbeitet und komplexe Prozesse und Abläufe koordiniert werden müssen, ist der Digital Twin von unschätzbarem Wert.

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