Digital Twin

Digitale Doppelgänger für mehr Effizienz

Im Interview erklärt Olivia Mente, stellvertretende Leiterin Maritime Wirtschaft bei Lufthansa Industry Solutions, was es mit dem Digital Twin auf sich hat und was ihn zum zentralen Baustein für Industrie 4.0 macht.

Olivia Mente, Lufthansa Industry Solutions

Olivia Mente, stellvertretende Leiterin Maritime Wirtschaft bei Lufthansa Industry Solutions

ITD: Frau Mente, obwohl heute viele Menschen in irgendeiner Form den Begriff „Digitaler Zwilling“ schon einmal gehört haben, wissen viele nicht genau, was sich dahinter verbirgt. Können Sie hier ein wenig Licht ins Dunkel bringen?
Olivia Mente:
Ein Digitaler Zwilling repräsentiert real existierende materielle oder immaterielle Objekte in einem digitalen Umfeld. Das bedeutet, dass sich z.B. der Zustand oder die Position von Maschinen, Fahrzeugen, Containern oder einzelnen Bauteilen digital beobachten, dokumentieren und analysieren lässt. Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile. Denn die intelligente Zusammenführung und Analyse verschiedener Daten verbessert die Prozesstransparenz und erlaubt eine optimierte Planung und Steuerung komplexer Systeme. Möglich wird dies durch die Verknüpfung des Internet of Things (IoT) mit Künstlicher Intelligenz, Data Analytics und Simulation. Diese Einbindung und Kombination jüngerer Technologien ist ein Trend, den wir nun seit einigen Jahren beobachten können und der sich in der Wirtschaft immer stärker herauskristallisiert. Die Devise lautet dabei: Je mehr ich über meine Betriebsmittel und Prozesse weiß, desto besser für mich und mein Unternehmen.

ITD: Wo kommen digitale Zwillinge zum Einsatz? Können Sie hierfür ein Beispiel nennen?
Mente:
Das Einsatzgebiet von Digitalen Zwillingen hat sich in den letzten Jahren stark verändert. In der Vergangenheit wurden sie hauptsächlich für die strategische Planung eingesetzt. Zuletzt fand auch die taktische Planung immer häufiger Verwendung für Digital Twins. Der aktuelle Trend sorgt nun für eine Eingliederung in kurzfristige operative Entscheidungsprozesse. Mithilfe der Auswertung von Sensorikdaten in Echtzeit und deren Überführung in eine KI-gestützte Simulation kann vom aktuellen Zustand des Systems auf zukünftige Entwicklungen geschlossen werden. Beispielhaft lässt sich das Aviatar-Projekt nennen, wo wir zusammen mit Lufthansa Technik die Zusammenführung aktueller Daten verschiedener technischer Systeme im Flugbetrieb realisieren und z. B. Wartungspläne optimieren.

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Aber auch in umfassenderen Systemen lässt sich der Digital Twin einsetzen, z. B. in der Logistikbranche: Mit verschiedenen Kunden aus dem Bereich evaluieren wir aktuell Möglichkeiten zur verbesserten Koordination in Transportketten durch eine aktive und Szenarien-basierte Zulaufsteuerung auf Basis von Echtzeitinformationen. Die Vorteile sind dabei schnellere und bessere Entscheidungsfindungen, einfachere Kommunikation zwischen den Gliedern in der Supply-Chain, optimierte Nutzung bestehender Ressourcen und als Resultat mehr Effizienz. Grundsätzlich lässt sich also sagen, dass digitale Zwillinge überall dort Anwendung finden können, wo komplexe Prozesse effizienter gestaltet werden sollen.

ITD: Wie tragen digitale Zwillinge dazu bei, die Qualität produzierter Güter zu verbessern?
Mente:
Zunächst gestaltet der Digital Twin unternehmensinterne und auch unternehmensübergreifende Abläufe effizienter, wodurch er bereits einen positiven Effekt auf das jeweilige Endprodukt hat. Darüber hinaus erfassen miteinander vernetzte Sensoren aktuelle Zustände und Ereignisse über den gesamten Lebenszyklus von Produkten sowie Betriebsmitteln. So lässt sich etwa im Produktionsbereich die Prozesstransparenz steigern und damit Ausschussraten verringern. Erkenntnisse über typische Nutzungsmuster von Produkten ermöglichen das Angebot kundenindividueller ­Services.

ITD: Wie können verschiedene Zwillinge miteinander interagieren, um einen größeren Sachverhalt abzubilden?
Mente:
Mithilfe von Schnittstellen können die verschiedenen Modelle untereinander relevante Daten austauschen und so dem Anwender umfassende Informationen bereitstellen. Diese Kommunikation zwischen unterschiedlichen Systemen ist beim Digital Twin überaus relevant. Denn erst im Verbund optimieren diese Einzelsysteme das Gesamtsystem. Werden sämtliche relevanten Systeme zu einem Zwilling verknüpft, besteht das Potenzial, ein globales Optimum zu erreichen. Das ist das Zielbild, was allerdings nicht von der Einführung eines Digitalen Zwillings abschrecken sollte. Vielmehr empfehlen wir Anwendern, es im Hinterkopf zu behalten und sich diesem Ziel nach dem agilen Ansatz mit vielen kleinen aufeinander aufbauenden Projekten anzunähern.

ITD: Je mehr Daten dem Modell als Input dienen, desto präziser werden dessen Simulationen – doch wird das schiere Datenvolumen nicht zum Problem?
Mente:
Der Schlüssel für dieses Problem ist der dezentrale Einsatz von vielen kleinen bis mittelgroßen Digitalen Zwillingen, welche die für sich relevanten Daten verarbeiten oder für andere Modelle die relevanten Daten wiederum bereitstellen. Den Großteil der Daten machen die Rohdaten aus. Edge Devices oder mobile Endgeräte können sie zunächst dort speichern, wo sie anfallen und bei Bedarf fordert sie der Anwender an. Diese Vorgehensweise reduziert das Datenvolumen deutlich. Außerdem sollten Unternehmen schon bei der Planung des Digital Twins überprüfen, welche Daten sie zur Lösung ihrer spezifischen Anforderungen wirklich benötigen. Auch so lässt sich das Datenaufkommen begrenzen. Nebenbei hängt mit dieser Frage zusammen, welche Betriebsmittel in das System integriert werden, was wiederum mit Kosten verbunden ist. Ob ein mobiles oder ein stationäres Gerät Daten sendet, kann langfristig einen Unterschied machen, zum Beispiel aufgrund des Energieverbrauchs oder der Providerkosten. Erst eine exakte Analyse führt zu bedarfsgerechten Lösungen. Sowohl mit Blick auf die Datenmenge als auch auf die Projektkosten.

ITD: Welche Rolle kommt dieser Technologie bei der Transformation produzierender Unternehmen zur Industrie 4.0 zu?
Mente:
Um die Daten, die durch die Digitalisierung und Vernetzung von Produktionssystemen verfügbar gemacht werden, sinnvoll nutzen zu können, ist die intelligente Verknüpfung und Analyse von entscheidender Bedeutung. Nur wenn die eigenen Prozesse transparent gemacht und Abläufe im Detail analysiert und geplant werden können, lässt sich diese Transformation erfolgreich bewältigen. Der Digitale Zwilling ist ein zentraler Baustein für Industrie 4.0 und Logistik 4.0.

ITD: Was sind hinsichtlich dieser Technologie die nächsten großen Schritte?
Mente:
Aktuell sehen wir sehr viele vielversprechende Entwicklungen. Technologisch geht der Trend klar hin zur Informationsgewinnung auf Edge Devices. Die Leistungsfähigkeit der Geräte, die direkt am Einsatzort verwendet werden, nimmt stetig zu. Das bietet uns zahlreiche Möglichkeiten, mehr und detailliertere Daten einzuholen, um daraus Informationen zu generieren. Wie eingangs erwähnt, wird für die Gewinnung dieser Informationen künftig noch häufiger eine KI zuständig sein, die durch Prognosen und Simulationen Unternehmen als Entscheidungshilfe dienen kann. Weiterhin können Process-Mining-Methoden die automatisierte Erstellung ablauffähiger Prozessmodelle auf Basis von Rohdaten unterstützen. Selbstlernende Algorithmen basierend auf Methoden des maschinellen Lernens können im Zusammenspiel mit Digitalen Zwillingen eigenständig optimale Steuerungsstrategien entwickeln und sich an veränderte Gegebenheiten anpassen.

Bildquelle: Lufthansa Industry Solutions

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