Industrie 4.0 ist aktueller denn je. Mittlerweile sind fortschrittliche Technologien und insbesondere die Automation Grundvoraussetzung um in bestimmten Branchen auf dem Markt mitzuhalten und überhaupt eine Chance zu haben. Ein elementarer Bestandteil davon ist der Digitale Zwilling. Es handelt sich dabei um ein virtuelles beziehungsweise digitales Abbild von Objekten und Systemen in der realen Welt. Ohne den Digitalen Zwilling wäre die Umsetzung von Industrie nicht nur deutlich aufwendiger, sondern im heutigen Stil und Umfang überhaupt nicht möglich.
Was ist ein digitaler Zwilling? – Definition und Erklärung
Der digitale Zwilling (auch digitaler Twin) ist eine virtuelle Abbildung eines real existierenden Objekts oder Systems.
Dabei werden alle realen Eigenschaften in ein digitales Modell übertragen. Ein digitaler Zwilling dient zur Veranschaulichung realer Prozesse und ist zentraler Bestandteil für die Industrie 4.0.
Zu den Eigenschaften zählen sowohl Maße, Haptik und Farbgebung als auch die Inhalte und Funktionen eines erfassten Objekts. Zudem stehen Konstruktionspläne, Objektzeichnungen oder Bildmaterial zur Verfügung. Ein entsprechendes Computerprogramm verarbeitet und speichert diese Daten und errechnet daraus eine bildliche Simulation des Objekts. Diese kann nicht nur die reinen Äußerlichkeiten, sondern auch Bewegungsabläufe und das allgemeine Verhalten, zum Beispiel bei äußeren Belastungen, abbilden.
Zu einem vollständigen digitalen Zwilling gehören außerdem auch Zugriffsverwaltungen und IT-Sicherheit sowie Versionsmanagement und Kompatibilitätstests. Gleichzeitig ermöglichen digitale Zwillinge einen übergreifenden Datenaustausch.
Solch eine Simulation ist nicht mit einem 3D Modell zu verwechseln. Zum einen kann der digitale Zwilling real vernetzt werden und Dinge in Echtzeit abbilden, zum anderen lassen sich damit weit mehr Dimensionen abbilden als mit einem 3-dimensionalen Modell.
Beispiele für einen digitalen Zwilling
Ein digitaler Zwilling kann zu jedem Objekt oder System der realen Welt erstellt werden. Grundsätzlich sind die Möglichkeiten also unbegrenzt.
Ein anschauliches Beispiel für einen digitalen Zwilling ist in etwa die Abbildung einer Industriehalle. Dabei werden sowohl alle äußeren Eigenschaften und Gebäudestrukturen – Farbe, Form, Maße, Größe, und so weiter – sowie alle darin enthaltenen Komponenten digital abgebildet.
Die einzelnen Objekte und Bestandteile der Industriehalle stellen jeweils einen eigenen digitalen Zwilling dar. So gibt es zum Beispiel digitale Zwillinge für Industrieroboter, Förderbänder, Regal- und Lagersysteme sowie alle weiteren Komponenten der Industriehalle. All diese Objekte werden mit der Gesamtheit ihrer Eigenschaften, Funktionen und Abläufe digital erfasst und dargestellt.
Der digitale Zwilling der Industriehalle beinhaltet neben den grundlegenden Eigenschaften der Halle auch alle Zwillinge der darin stehenden Komponenten sowie deren Zusammenspiel untereinander. Er zeigt, wo und wie diese interagieren und welche Abläufe zwischen den Objekten ablaufen. So wird die gesamte Industriehalle 1:1 digital abgebildet.
Ein digitaler Zwilling muss aber nicht ein weit vernetztes Objekt wie eine Industriehalle darstellen. Genauso gut kann er einfache Bauteile oder Produkte abbilden. Objekte müssen aber nicht real existent sein, sondern können auch abstrakter definiert werden.
So lässt sich selbst ein komplettes Logistik-Netzwerk digital darstellen. Informationen über die Struktur des Unternehmens werden mit Daten zum Standort und den aktuellen Kapazitäten kombiniert. Sämtliche Interaktion der verschiedenen Abteilungen untereinander sowie Abfahrts- und Ankunftszeiten der Fahrzeuge werden virtuell dargestellt und optimiert.
Anwendungsgebiete und Einsatzbereiche eines digitalen Zwillings
Wie bereits einleitend erwähnt, finden sich zahlreiche Anwendungsgebiete für einen digitalen Zwilling. Die computergestützte Abbildung realer Modelle kommt dabei vorwiegend in der Industrie zum Einsatz.
Die häufigsten Anwendungsgebiete für digitale Zwillinge sind:
- Industrielle Fertigung technischer Produkte
- Transportwirtschaft
- Lagerlogistik
- Bauplanung und Ausführung
- Produktionssteuerung in der Industrie
- Auftragsverwaltung und Abwicklung
- Steuerung von digitalen Fabriken und Automatisierungssystemen
- Medizin (digitales Abbild von Patienten)
- Städte- und Straßenbau
Fazit: Der digitale Zwilling ist Wegbereiter für Industrie 4.0
Alles in allem sorgt ein digitaler Zwilling für massive Kosteneinsparungen und steigert die Effizienz in Entwicklungs- und Optimierungsprozessen. Konkret bedeutet das, dass Unternehmen Produkte schneller entwickeln können, die Planung und Umsetzung von automatisierten Produktionsanlagen enorm erleichtert wird und dass Objekte in ihrer Gesamtheit für Ingenieure einfacher zugänglich sind.
Ohne digitale Zwillinge wäre die Umsetzung von Industrie 4.0 im heutigen Stil nicht möglich, da es Herstellern und Lieferanten nicht nur an Produktions- sowie Entwicklungsressourcen mangeln würde, sondern Prozesse und Logistik durch eine fehlende digitale Abbildung auch viel zu schnell unübersichtlich und undurchschaubar wären.
Das macht den digitalen Zwilling zum Wegbereiter für die Industrie 4.0 und zu einem Schlüsselkonzept für deren zukünftige Entwicklung.