Digital Twin

Ein digitaler Zwilling ist die virtuelle Darstellung eines physischen Produkts oder Systems von Vermögenswerten, die die Konfiguration in Echtzeit widerspiegelt. Darüber hinaus kann er verwendet werden, um über einen Digital Thread alle relevanten Produktinformationen aus Design, Fertigung, Betrieb und Wartung zu navigieren, die während der gesamten Lebensdauer dieser einzigartigen physischen Konfiguration aufgetreten sind.

Die Geschichte der Digital-Twin-Technologie

Der digitale Zwilling wurde ursprünglich als Grundlage des Produktlebenszyklusmanagements (PLM) konzipiert. Die Idee des digitalen Zwillings tauchte erstmals im 1991 erschienenen Buch “Mirror Worlds” von David Gelernter auf. Der erste praktische Einsatz erfolgte jedoch im Rahmen eines NASA-Versuchs zur Verbesserung der Raumfahrtsimulation im Jahr 2010.

Wie funktioniert ein digitaler Zwilling?

Es gibt unbegrenzte Anwendungsfälle für die Verwendung eines digitalen Zwillings zur Verbesserung der Geschäftsergebnisse. Als Hersteller müssen Sie sicherstellen, dass Ihre “As-Built”-Konfiguration so genau und detailliert wie möglich ist. Dies schafft die erste Gelegenheit, eine exakte, einzigartige Darstellung jedes hergestellten Produkts zu entwickeln, indem alle seriellen elektrischen, elektronischen, mechanischen und Softwarekomponenten erfasst und mit den Ingenieurteilen und ihrer zugehörigen Historie verknüpft werden, wodurch das Produkt mit allen zugehörigen Digital-Thread-Informationen verknüpft wird. CAD-Modelle, Simulationen, Anforderungen, Änderungsaufträge und so weiter werden basierend auf ihrem Wert für die Unterstützung der erforderlichen Anwendungsfälle berücksichtigt. Sie können auch einzigartige Digital-Twin-Konfigurationen in Betrieb und Wartung erstellen. Dies beginnt mit der genauen Aufzeichnung und Verfolgung der Produktkonfiguration und der Verwaltung, wie sie sich im Laufe der Zeit ändert. Das Ziel ist es, dass Produkthersteller eine Digital-Twin-Konfiguration haben, wenn das Produkt gebaut wird, und diese Konfiguration weiter verwalten, wenn sie sich im Laufe der Zeit ändert – bis das einzelne physische Produkt außer Betrieb genommen und recycelt wird.

Arten von digitalen Zwillingen

Obwohl es unzählige Verwendungsmöglichkeiten für den digitalen Zwilling gibt, sind die vier häufigsten Arten von digitalen Zwillingen:

Komponenten-Digitalzwilling: Manchmal auch als “Teilezwilling” bezeichnet, repliziert der Komponenten-Digitalzwilling kleine Systemelemente wie Sensoren oder Schalter. Dies ermöglicht Benutzern die Überwachung der Leistung und Simulationstests dieser Geräte.
Produkt- oder Vermögens-Digitalzwilling: Die Implementierung von Vermögens- oder Produkt-Digitalzwillingen gibt Ingenieuren ein Framework zur Überwachung der Leistung, zur Erkennung von Verbesserungsbedarfen und zur Steigerung der Produktivität. Außerdem eröffnet es Ingenieuren eine neue Möglichkeit, Einblicke zu gewinnen und potenzielle Verbesserungsbereiche zu isolieren.
System-Digitalzwilling: Auch als “Einheitszwillinge” bezeichnet, duplizieren System-Digitalzwillinge systembezogene Vermögenswerte. Ein System-Digitalzwilling deckt die spezifische Gruppe von Vermögenswerten in einem bestimmten Produkt ab, wobei Echtzeitüberwachung und Simulation wertvolle Daten zur strategischen Entscheidungsfindung durch Prozesssichtbarkeit liefern.
Prozess-Digitalzwilling: Prozess-Digitalzwillinge verbinden Systemzwillinge zu einer einzigen Einheit, um die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Systemen zu erkunden. Dies bietet die umfassendste Sicht auf Anlagenprozesse und Workflows und ermöglicht tiefere und nuanciertere Datenanalysen.

Vorteile und Nutzen des digitalen Zwillings:

Wartungsorganisationen können den digitalen Zwilling zur Unterstützung fortschrittlicher Strategien nutzen. Mit Aras haben sie Einblick in jede einzigartige Digital-Twin-Konfiguration für verwaltete Vermögenswerte. Sie können den Betriebsstatus jedes Vermögenswerts untersuchen, um bevorstehende Wartungsanforderungen zu identifizieren, bevor mögliche ungeplante Ausfallzeiten auftreten.
Der digitale Zwilling verbessert die Zusammenarbeit über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg und hilft Unternehmen, schnell auf strategische neue Märkte zu reagieren.
Mithilfe von Anwendungen wie Aras Digital Twin Core können Organisationen die Geschwindigkeit von Konfigurationsänderungen bei physischen Vermögenswerten digital verwalten und Eigenschaften zu bestimmten Teilen hinzufügen, um zu definieren, wann Wartungen basierend auf einem Betriebsereignis erfolgen sollten. Dies ermöglicht es Organisationen, Produkt-als-Service-Strategien für komplexe Vermögenswerte zu übernehmen, um Wartungspläne zu erstellen, die regulatorische Anforderungen erfüllen oder Betriebszeiten basierend auf Service-Level-Agreements garantieren.
Der Aufbau und die Verwaltung von Digital-Twin-Konfigurationen bieten Zugriff auf kritische Informationen – jedes Mal, wenn sich der physische Vermögenswert ändert.
Der Aufbau eines digitalen Zwillings schafft grundlegende Rückverfolgbarkeit – Änderungen können mit den neuen serialisierten Komponenteninformationen aufgezeichnet werden, um die Digital-Twin-Konfiguration auf dem neuesten Stand zu halten und das alte Bauteil als Teil seiner Digital-Thread-Rückverfolgbarkeit zu zeigen.
Sie können den digitalen Zwilling nutzen, um die Zukunft vorherzusagen. Basierend auf der individuellen Konfiguration eines bestimmten Vermögenswerts und der Verwendung von Simulationen können Sie vorhersagen, was passieren wird, wenn wir ein Teil austauschen oder Software aktualisieren.
Ein digitaler Zwilling ist für jeden Vermögenswert in jeder Branche möglich…

Der digitale Zwilling bietet erhebliche Vorteile für Hersteller und andere in kapitalintensiven Branchen. Der digitale Zwilling ermöglicht das Modellieren, Anpassen und Erweitern von Konfigurationen für jeden Vermögenswert oder jedes System von Vermögenswerten in jeder Branche. Dies beseitigt Ungenauigkeiten und damit verbundene Kosten, indem der Kontext jedes einzigartigen physischen Vermögenswerts im Feld geschaffen wird, sodass Organisationen komplexe Szenarien wie prädiktive Wartung, Leistungsoptimierung und sogar Over-the-Air-Software-Updates unterstützen können. Obwohl es unbegrenzte Möglichkeiten gibt, wie digitale Zwillinge genutzt werden können, um Geschäftsergebnisse zu verbessern, hier einige Beispiele:

Fertigung: Technologie ist verfügbar, um Produktdaten zu verknüpfen, während sie in den Design-, Engineering- und Fertigungsphasen erstellt werden, und sie zu erfassen, wenn sie sich ändern. Dies nennen wir den digitalen Faden. Viele Hersteller erkennen die Bedeutung der Schaffung digitaler Fäden zwischen den Abteilungen. Alles muss mit dem Endprodukt in der Endphase der Produktfertigung verbunden sein. Diese Digital-Twin-Konfiguration verknüpft die gesamte Produkthistorie, Entscheidungen, wer sie getroffen hat und warum, einschließlich der CAD-Modelle, Simulationen und Anforderungen.
Nuklear: Aras Innovator bietet die Grundlage für die einzige Datenquelle, die vom ersten Kernkraftwerk implementiert wurde, das mit PLM als Rückgrat entworfen und verwaltet wurde. Dies ermöglicht es ihnen, eine As-Built-Digital-Twin-Konfiguration der Reaktoren zum Zeitpunkt der Lieferung mit Rückverfolgbarkeit zu allen Produktdaten bereitzustellen, die während der Konstruktion und Fertigung des Produkts erstellt wurden.
Öl und Gas: PLM ist wichtig bei der Entwicklung verbesserter Engineering-Prozesse und liefert eine As-Built-Digital-Twin-Konfiguration, die eine ausgefeiltere Feldunterstützung und prädiktive Wartung ermöglicht. Beispielsweise im Öl- und Gasbereich oder in der Energieerzeugung sind Änderungen häufig, Produkte zahlreich und es gibt Beziehungen zwischen den Produkten – Systeme von Systemen. Diese Unternehmen benötigen ihre Konfigurationen, um automatisierter zu sein, um mit dem Tempo der Änderungen Schritt zu halten.
Flugzeugdesign und -wartung: Der Aufbau einer Digital-Twin-Konfiguration bietet die Möglichkeit, Modellierungs- und Simulationstechniken in die Betriebsphase eines Vermögenswerts einzubringen. Diese Fähigkeiten können genutzt werden, um Betriebsdaten zu vergleichen und das Verhalten des Vermögenswerts jetzt sowie den zukünftigen Zustand des Vermögenswerts zu simulieren, wenn das Verhalten fortgesetzt wird. Dies ermöglicht es Organisationen, die Genauigkeit von Betriebs- und Wartungsentscheidungen zu verbessern, um ihre Flugzeugflotten zu optimieren, und kann von OEMs genutzt werden, um zukünftige Produktverbesserungen bei Flugzeugen der nächsten Generation zu unterstützen.

Zusätzliche Anwendungsfälle für digitale Zwillinge

Über branchenspezifische Anwendungsfälle für digitale Zwillinge hinaus ist es auch möglich, sie basierend auf einzigartigen Anforderungen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg zu konfigurieren. Zum Beispiel:

Kundenanforderungs-Digitalzwillinge: Abhängig vom Kunden, wenn er Ihr Produkt oder Ihr Produktsystem erhält, kann er die Detailliertheit erweitern oder reduzieren, die er basierend auf der beabsichtigten Wartung des Produkts im Laufe der Zeit sehen möchte.
Geschäftsmodell-Digitalzwillinge: Dieses Konzept ermöglicht Flexibilität in der Art und Weise, wie die Konfiguration des digitalen Zwillings eingerichtet wird, und ist mit den Service-Level-Agreements verknüpft, die zur Unterstützung des Endprodukts im Feld bereitgestellt werden. Dies könnte bedeuten, dass die gesamte Konfiguration zugänglich ist, um den Verkauf von Upgrades zu unterstützen (siehe Kauf der Produktkapazität). Wenn der Hersteller “Product as a Service” anbietet, könnte die Ansicht darauf basieren, was basierend auf garantierter Betriebszeit verwaltet werden muss.
Supply-Chain-Digitalzwillinge: Abhängig davon, welche Lieferkette für dasselbe Produkt verwaltet wird, kann eine andere Konfigurationsansicht des digitalen Zwillings erforderlich sein. OEMs können eine äußerst detaillierte Ansicht auf Komponentenebene der Lieferkette haben. Im Gegensatz dazu könnte der Eigentümer/Betreiber eine andere Ansicht benötigen, basierend darauf, wie er mit seinen Lieferanten zusammenarbeitet, um Komponenten während der Wartung nachzubestellen.
Ziel-Szenario-Digitalzwillinge: Abhängig davon, was das Unternehmen finanziell oder betrieblich erreichen möchte, kann sich die Konfiguration des digitalen Zwillings ändern und an die Ziele anpassen. Wenn Ihr Unternehmen beispielsweise von präventiver zu prädiktiver Wartung wechselt, wäre eine detailliertere Ansicht erforderlich. Im Gegensatz dazu, wenn Sie ein softwaredefiniertes Produkt im Feld betreiben, möchten Sie möglicherweise nur die softwarebezogenen Konfigurationen jedes Vermögenswerts sehen, um zu bestimmen, welche Vermögenswerte und wann Over-the-Air-Updates erforderlich sind.

Die Zukunft der digitalen Zwillingstechnologie

Da sich die Möglichkeiten zur Verwaltung komplexer Produkte im Feld ergeben, erkennen Organisationen, dass bestehende Technologien verbessert werden müssen, um mit dem Tempo der Veränderungen Schritt zu halten. Sie können den digitalen Zwilling nutzen, um die Zukunft vorherzusagen. Basierend auf der individuellen Konfiguration eines bestimmten Vermögenswerts und der Verwendung von Simulationen können Sie vorhersagen, was passieren wird, wenn wir ein Teil austauschen oder Software aktualisieren. Ein Versagen zu exzellent zu sein, wirkt sich auf Marken, Rentabilität und Nachhaltigkeit des Geschäfts aus – dies schafft die Möglichkeit, sich mit dem digitalen Zwilling zu transformieren:

Der digitale Zwilling bietet Einblick in jeden einzigartigen digitalen Zwilling für verwaltete Vermögenswerte. Sie können den Betriebsstatus jedes Vermögenswerts untersuchen, um bevorstehende Wartungsanforderungen zu identifizieren, bevor mögliche ungeplante Ausfallzeiten auftreten. Dies ist das, was als präskriptive Wartung bekannt ist. Letztendlich ermöglicht es Herstellern, zu entscheiden, wann potenzielle Ausfälle angegangen werden sollen, bevor sie eintreten.
Die Digital-Twin-Technologie ermöglicht Innovationen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg und hilft Unternehmen, schnell zu reagieren, um neue Marktchancen zu nutzen, indem sie die einzigartigen Anwendungen ihrer Produkte verstehen, wie Kunden sie betreiben, Qualitätsprobleme verstehen oder neue Funktionen, die häufig angefordert werden.
PLM unterstützt Ingenieure bei der Konstruktion zukünftiger komplexer Produkte, anstatt nur das zu “verfolgen”, was beabsichtigt war. Die Offenlegung der Designabsicht in PLM hat viele Vorteile während des gesamten Produktlebenszyklus, und viele beinhalten die Möglichkeit, einen digitalen Zwilling im Kontext zu erzeugen, anstatt physisch zum Vermögenswert im Feld gehen zu müssen. Es kann verwendet werden, um die Auswirkungen eines vorgeschlagenen Produktupdates zu analysieren, IoT-Daten in der präventiven Wartung zu nutzen oder drahtlos Dienste in bestimmten Produktvarianten zu aktivieren/deaktivieren und andere. Künstliche Intelligenz (KI) kann helfen, indem sie intelligentere Suchvorgänge ermöglicht, aufgabenbezogene Berichte aus komplexen Daten erstellt oder Anforderungen und Vorschriften zwischen Sprachen übersetzt, ohne den Kontext zu verlieren.
Digitale Zwillinge und Nachhaltigkeit: Digitale Zwillinge können Unternehmen dabei helfen, die Herausforderungen der Einhaltung von Umwelt-, Sozial- und Governance (ESG)-Vorgaben zu bewältigen, indem sie Chancen für nachhaltigere Produkte und Praktiken aufzeigen. Darüber hinaus können Hersteller von Produkten und Kunden selbst die Digital-Thread-Daten, die mit den digitalen Zwillingen verknüpft sind, nutzen, um Berichts- und Regulierungsanforderungen zu unterstützen.