Was wäre, wenn Du Geld und Zeit sparen könntest, indem Du die Kosten für Prototypen reduzierst und die Produktentwicklung beschleunigst? Stell Dir vor, Du könntest Probleme mit Produkten aus der Ferne erkennen und beheben und sie einfach testen und aktualisieren. Was wäre, wenn Du Produkte von Anfang bis Ende digital verwalten könntest?
Der digitale Zwilling kann Unternehmen dabei helfen, bessere Geräte schneller, effizienter und umweltfreundlicher zu entwickeln. Gleichzeitig verändert er die Produktentwicklung, die Produktion, die Wartung und das Produktlebenszyklusmanagement.
Der digitale Zwilling ist ein digitales oder virtuelles Modell, das von einer physischen Umgebung oder einem Produkt erstellt wird. Während die Definition klar ist, ist der Begriff mehrdeutig und kann auf verschiedenen Ebenen und für unterschiedliche Zwecke verwendet werden.
Kosteneinsparungen und effizientere Produktentwicklung
In der Produktentwicklungsphase wird zunächst ein digitaler Prototyp aus dem digitalen Zwilling erstellt. Daher ist es sinnvoll, den Begriff „digitaler oder virtueller Prototyp“ für das Modell der Entwicklungsphase zu verwenden. Ein digitaler Prototyp kann für die Produktentwicklung und -erprobung verwendet werden, bevor ein physischer Prototyp hergestellt wird, wodurch die Anzahl der Iterationen reduziert und die Automatisierung der Tests erhöht wird. Studien zufolge können durch digitales Prototyping und Testen die Kosten der Prototypenphase um 30-50 % sowie die Vorlaufzeit für die Produktentwicklung um 20-30 % gesenkt werden.
Der eigentliche digitale Zwilling entsteht, wenn von dem physisch hergestellten Produkt eine digitale Kopie erstellt wird. Modellbasierte Entwicklung und Simulation sind wesentliche Bestandteile des digitalen Zwillings. Sie erfordern, dass die Informationssysteme des Herstellers in der Lage sind, ein 3D-Modell, ein physisches Modell sowie Software- und Konfigurationsdaten für das Steuerungssystem zu erstellen.
Der digitale Zwilling ermöglicht die Fehlerdiagnose, die Entwicklung und das Testen neuer Software oder Funktionen, die Planung von Updates und Wartung sowie das Management des Produktlebenszyklus. Langfristig werden die größten Vorteile des digitalen Zwillings bei der Entwicklung und Implementierung neuer Produktgenerationen und beim Management des gesamten Produktlebenszyklus realisiert. Die größten Vorteile ergeben sich, wenn die Kommunikation zwischen dem physischen Produkt und dem digitalen Zwilling während des gesamten Lebenszyklus automatisch erfolgt und die Datenanalyse maschinelles Lernen und generative KI nutzt.
Was wäre, wenn Du jede Phase des Produktlebenszyklus digital simulieren und optimieren könntest, vom Entwurf bis zum Ende des Lebenszyklus?
Struktur und Konzepte des digitalen Zwillings
Ein digitaler Zwilling kann verschiedene Reifegrade haben, wobei seine Struktur durch das gewünschte Funktionsniveau und die physische Entsprechung im Vergleich zu seinem realen Gegenstück bestimmt wird.
Eine typische Schichtstruktur besteht aus einem Kernsystemmodell und Schichten für das Physikmodell, die Grafik-Engine, die Benutzeroberfläche und die Verbindungen zu externer Hardware, wobei AR/VR/XR auch optional integriert werden kann.
Unterschiede gibt es auch in der Art und Weise, wie die physischen und virtuellen Modelle miteinander kommunizieren. Das Konzept und die Benennung des digitalen Zwillings lassen sich anhand der Kommunikationsmethoden kategorisieren:
- Digitales Modell: In leichteren Fällen besteht der Hauptzweck des digitalen Zwillings darin, die Geburtsurkunde, die Wartung und die Aktualisierungshistorie des physischen Produkts zu erhalten. Er ist ein digitales Modell des physischen Produkts, das hauptsächlich manuell aktualisiert wird.
- Digitaler Schatten: In fortgeschritteneren Fällen wird der digitale Zwilling automatisch auf der Grundlage der vom physischen Produkt gesammelten Daten aktualisiert, sodass ein digitaler „Schatten“ des physischen Geräts entsteht.
- Digitaler Zwilling: Ein echter digitaler Zwilling entspricht vollständig der Funktionalität des physischen Modells, und die Daten bewegen sich automatisch in beide Richtungen. Kommunikation und Datenübertragung zwischen dem digitalen und dem physischen Produkt sind unerlässlich. In manchen Fällen kann der Digitale Zwilling auch das physische Gerät einstellen oder steuern.
Das digitale Modell wird normalerweise in der Produktdesignphase, bei der Konzeptentwicklung und als Anschauungsmaterial verwendet. Zu den wichtigsten Anwendungsfällen für den digitalen Schatten gehören die Analyse von Daten aus der Produktnutzung, das Erkennen von Trends und das Verständnis der Systemfunktionalität. Der digitale Zwilling wird hauptsächlich für die Überwachung, Steuerung, Aktualisierung, Analyse und Optimierung von Leistung und Funktionen in Echtzeit eingesetzt.
Die Wahl des Modells hängt von den Anforderungen des Projekts und der Branche ab. Wenn Echtzeitüberwachung und -analyse im Vordergrund stehen, ist der digitale Zwilling wahrscheinlich die richtige Wahl. Wenn eine historische Perspektive benötigt wird, ist der digitale Schatten meist ausreichend. In Situationen, in denen der Schwerpunkt auf Konzeption und Design liegt, ist das digitale Modell möglicherweise die optimale Wahl.
