Das ganze Potenzial des virtuellen Zwillings

Mehr als nur digital

Die Digitalisierung in deutschen Unternehmen nimmt weiter Fahrt auf: Laut einer aktuellen Umfrage von Bitkom verzichten nur noch 16 Prozent auf eine Digitalstrategie. Vor zwei Jahren waren es noch rund ein Viertel. Dies zeigt, wieviel sich - auch oder gerade in Pandemiezeiten - bewegt, und dass die Potenziale richtungsweisender Technologien von Entscheidern erkannt werden.
 Der virtuelle Zwilling ermöglicht die gesamte Wertschöpfungskette unter realistischen Bedingungen virtuell abzubilden und zu analysieren - von der Entwicklung über die Produktion bis zum Betrieb und Recycling.
Der virtuelle Zwilling ermöglicht die gesamte Wertschöpfungskette unter realistischen Bedingungen virtuell abzubilden und zu analysieren – von der Entwicklung über die Produktion bis zum Betrieb und Recycling. Bild: Dassault Systèmes

Virtuelle Zwillinge nehmen eine wichtige Position ein, wenn es um Zukunftsfragen geht. So erkennen Unternehmen zunehmend die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile des virtuellen Abbildes der Realität. Bauteile, Produkte, Fertigungsmaschinen oder ganze Produktionsanlagen sind komplex. Eine einfache 3D-Modellierung wird den Ansprüchen der realen Welt oftmals nicht gerecht. Erst die Nutzung der Simulation, kombiniert mit einer kontinuierlichen Verarbeitung von Echtzeitdaten im virtuellen Zwilling, erwecken das digitale Abbild zum Leben. Dies ermöglicht einen Erkenntnisgewinn auf aktuelle aber auch zukünftige Auswirkungen auf das reale Objekt. Damit haben virtuelle Zwillinge das Potenzial, die Art und Weise wie Produkte entwickelt, produziert, genutzt und recycelt werden, zu revolutionieren und spielen eine zentrale Rolle in der Industrie 4.0.

Mit Hilfe von virtuellen Zwillingen können wertvolle Potenziale für das eigene Business genutzt werden. Der wohl wichtigste Aspekt ist, dass nachhaltige Unternehmensentscheidungen unterstützt werden. Entscheider müssen zukünftig noch mehr Augenmerk auf Kosteneinsparungen, verbesserte Zusammenarbeit und kürzere Entwicklungszeiten legen, um im globalen Wettbewerb bestehen zu können. Eine einheitliche Datenbasis wie die 3DExperience-Plattform von Dassault Systèmes und der 3DExperience Twin machen dies möglich.

Entlang der Wertschöpfungskette

Der virtuelle Zwilling ermöglicht die gesamte Wertschöpfungskette eines Produkts oder einer Dienstleistung unter realistischen Bedingungen virtuell abzubilden und zu analysieren – von der Entwicklung über die Produktion bis zum Betrieb und Recycling. Der Weg entlang des gesamten Prozesses beginnt bereits beim Konstruktionsplan und Prototypenbau: Ideenskizzen existieren nicht mehr nur auf dem Papier oder in einer CAD-Umgebung, sondern bilden als digitale Modelle die Grundlage für das virtuelle Pendant. Möglich ist dies durch deren Kopplung an die Simulationssoftware. Ferner können die Nutzungsdaten der vorhandenen Produkte mit dem virtuellen Zwilling in Echtzeit verknüpft werden, der sich damit automatisch fortlaufend aktualisiert. So kann vorab im digitalen Raum simuliert und getestet werden, wie sich ein Produkt später verhält – beispielsweise wie beständig das verwendete Material ist, welche Wirkung Hitze, Staub oder Feuchtigkeit auf die Funktionalität eines Produkts haben. Tests mit physischen Prototypen, die in jedem einzelnen Entwicklungsschritt nötig wären, werden deutlich reduziert. Das spart nicht nur Zeit und Kosten, sondern schont auch natürliche Ressourcen und vermeidet Abfall, der durch unbrauchbare Prototypen entsteht.

Ferner lassen sich vernetzte Produktionslinien darstellen, um Zusammenhänge nachvollziehen zu können und Optimierungsansätze zu finden. Bei der Fertigung kleiner Losgrößen etwa ist der Einsatz virtueller Zwillinge der Produktionsanlage in der Kombination mit dem virtuellen Zwilling des zu fertigenden Produktes hilfreich, um wichtige Kennzahlen der Produktion, wie Umrüst- oder Durchlaufzeit, zu verbessern. Noch bevor Maschinenteile aufwendig umgerüstet werden, können unerwünschte Abweichungen mit Hilfe des Anlagenzwillings erkannt und automatisiert gegengesteuert werden. Auch Überwachung und Wartung der Anlagen können mit Hilfe virtueller Zwillinge durchgeführt werden, um Ausfälle zu vermeiden oder zu minimieren. Produktdaten – sei es aus der Produktionsplanung oder -durchführung – können genutzt werden, um auf Änderungen und Störungen schnell zu reagieren. Die Kommunikation zwischen Entwicklung und Produktion wird damit ebenfalls verbessert, um die jeweiligen Anforderungen zu verstehen. In der Praxis bedeutet dies, dass MOM-Systeme (Manufacturing Operation Management Systeme) direkt mit der Entwicklungsplattform verknüpft sind. Auf diese Weise kann die Produktion stetig optimiert werden.

Neue Geschäftsmodelle smart geplant

Ein großer Pluspunkt für Anlagen- und Maschinenbauer: Sie können den virtuellen Zwilling ihrer Maschine, innerhalb des virtuellen Zwillings der Produktionslinie, in welcher die Maschine eingesetzt wird, digital in Betrieb nehmen, simulieren und optimieren. Damit werden die beiden Welten der Produktentwicklung und der Produktion zu einem holistischen Zwilling kombiniert. Dies hat den großen Vorteil, dass weitreichende Erkenntnisse über das Verhalten der Maschine gewonnen werden – was nicht zuletzt Anlagenbauer in die Lage versetzt, anstelle der Maschinen allein, auch deren Service dem Endkunden anbieten zu können. Dies ebnet den Weg für neue Geschäftsmodelle durch Equipment-as-a-Service.

Bereits seit vielen Jahren ist es im Zuge globaler Unternehmensstandorte üblich, Teams aus der gesamten Welt zu vernetzen. Mit Cloud-Lösungen können laufende Projekte unabhängig weitergeführt werden, da alle benötigten Informationen zentral verwaltet werden und für alle Beteiligten verfügbar sind – so auch die des virtuellen Zwillings auf der 3DExperience-Plattform. Mitarbeiter aus verschiedenen Abteilungen und an verschieden Orten können parallel an der Entwicklung eines Produkts arbeiten und jederzeit Anpassungen in Echtzeit vornehmen, sollten sich Kundenwünsche oder Marktanforderungen ändern.

Digital in die Zukunft

Hat sich ein Unternehmen entschieden, auf virtuelle Zwillinge zu setzen, gibt es wenige, aber wichtige Punkte für die Umsetzung zu beachten: Die Vorstufe für den Einsatz der virtuellen Zwillinge ist das Produktdatenmanagement, bei welchem alle relevante Produktdaten so zu verwalten sind, dass diese über die Entwicklungsabteilung hinweg unternehmensweit genutzt werden können (digitale Kontinuität). Darüber hinaus sollte Simulation zunehmend zum Einsatz kommen, um das Verhalten der Produkte so genau wie möglich abzubilden. Schlussendlich müssen die Planungsmethoden so verändert werden, dass die Entwicklung und Pflege der virtuellen Zwillinge zu einem festen Bestandteil der Unternehmensgeschäftsprozesse werden. Dafür bieten sich am besten übergreifende Business-Plattformen an. Damit werden Datensilos vermieden und die Daten werden für alle Stakeholder vereinheitlicht. Diese ‚gemeinsame Sprache‘ vereinfacht Innovations- und Produktionsprozesse, da die Entwicklung verschiedenster Abteilungen parallel verlaufen kann.

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Dassault Systems 3DDexcite GmbH

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