Im Jahr 2017 z\u00e4hlte Gartner [1] das Konzept des digitalen Zwillings zu den 10 wichtigsten strategischen Technologietrends. Ich habe unseren Experten Dr. Thomas Kuhn,\u00a0Hauptabteilungsleiter Embedded Systems am Fraunhofer IESE, dazu befragt, was genau dahinter steckt und welche entscheidende Rolle dieser im Gesch\u00e4ftsnetzwerk der Zukunft spielen kann.<\/p>\n
Ein digitaler Zwilling ist das digitale Abbild von Dingen aus der realen Welt. Er beschreibt sowohl physische Objekte als auch nicht-physische Dinge wie z. B. Dienste. Im Prinzip ist
\nder digitale Zwilling eine Softwareeinheit, die sich genauso verh\u00e4lt wie das reale System \u2013 alle relevanten Eigenschaften des realen Systems sind vorhanden. Der Begriff tauchte
\nzum ersten Mal bei der NASA auf. Bereits 2012 schlugen deren Wissenschaftler den digitalen Zwilling als L\u00f6sung vor, um die ausufernden Kosten f\u00fcr Zertifizierung und Tests zu
\nreduzieren. Da Tests mit Flugzeugen und Raketen sehr teuer sind, entstand die Idee, diese mithilfe digitaler Zwillinge durchzuf\u00fchren.<\/p>\n
Wie gut ein digitaler Zwilling ist, h\u00e4ngt davon ab, wie gut sein Simulationsmodell ist, d. h. wie viele Eigenschaften des realen Systems er mit welcher Genauigkeit wiedergeben
\nkann.<\/p>\n
Die Fertigungsindustrie ist die prominenteste Anwendungsdom\u00e4ne. Hier sind digitale Zwillinge ein Werkzeug, um die flexible Fertigung f\u00fcr Industrie 4.0 zu erm\u00f6glichen. Die digitalen
\nZwillinge sind hier ein virtuelles Abbild einer realen Maschine oder Anlage. Sie schlagen also die Br\u00fccke zwischen realer und digitaler Welt und weisen alle Funktionen und Dienste auf, die ihre realen Vorbilder bereitstellen und ausf\u00fchren k\u00f6nnen. Dar\u00fcber hinaus sammeln die jeweiligen virtuellen Repr\u00e4sentanzen stetig die aktuellen Zustandsdaten der Anlagenkomponenten. Fasst man alle digitalen Zwillinge zusammen, so werden diese zu einem ganzheitlichen Abbild der Produktionsumgebung bzw. Anlage.<\/p>\n
Ein Vorteil ist, dass man „Was-w\u00e4re-wenn-Analysen“ durchf\u00fchren kann. Man kann also bestimmte Alternativen \u00fcberpr\u00fcfen, z. B in der Produktionsplanung, ohne dass man die bestehende Anlage au\u00dfer Betrieb setzen muss. Ein weiterer Nutzen ist die virtuelle Integration oder Inbetriebnahme: Mit dem digitalen Zwilling kann man herausfinden, ob eine neue Anlage zu einer bestehenden passt. Meist sind nat\u00fcrlich bestimmte Anpassungen notwendig. Ob die Anlage mit diesen Anpassungen zur bestehenden Anlage passt, kann dann virtuell getestet werden. Das gilt nat\u00fcrlich auch, wenn ich Komponenten ersetze, hinzuf\u00fcge oder entferne. Der gro\u00dfe Vorteil ist, dass man durch das virtuelle Testen Stillstandzeiten enorm reduzieren kann und die Anlage so wesentlich schneller produktiv l\u00e4uft. Umr\u00fcstungen in der Produktion werden also wesentlich flexibler. Und hier schlie\u00dft sich dann wieder der Kreis zu Industrie 4.0.<\/p>\n
In unserem vom BMBF gef\u00f6rderten Forschungsprojekt BaSys 4.0 entwickeln wir gemeinsam mit 14 weiteren Partnern aus dem Bereich der Produktionstechnik Konzepte und
\nL\u00f6sungen, um digitale Zwillinge als digitale Repr\u00e4sentanzen f\u00fcr die Produktion zu realisieren. Unser Fokus liegt hierbei auf der Umsetzung einer standort- und netzwerk\u00fcbergreifenden,
\nsicheren und selbstorganisierenden Kommunikationsschnittstelle. Diese verwaltet selbstbeschreibende Datenobjekte. Wir setzen die Begriffe digitale Zwillinge und Verwaltungsschale in unserem Projekt gleich. Denn sobald die Verwaltungsschale \u00fcber eine Einheit verf\u00fcgt, die ein Ger\u00e4t simulieren kann, kann man von einem digitalen Zwilling sprechen. Die Verwaltungsschale enth\u00e4lt die Datenstruktur, die alles umfasst, was f\u00fcr das Ger\u00e4t wichtig ist, wie zum Beispiel Datenblatt, Bedienungsanleitung oder Echtzeitdaten wie Ger\u00e4tezustand, Dienste etc. In BaSys 4.0 \u00fcbernimmt die Verwaltungsschale die Aufgabe des allgemeinen Kommunikationsschnittpunkts. Sie sagt mir, welchen Dienst ich beispielsweise aufrufen muss, um F\u00f6rderb\u00e4nder vorw\u00e4rts oder r\u00fcckw\u00e4rts zu bewegen. BaSys-Dienste k\u00f6nnen aber auch ohne Simulationsmodell verwendet werden.<\/p>\n
Wir werden mit einem Demonstrator zu unserem Forschungsprojekt BaSys 4.0 auf der Messe sein. Dieser verkn\u00fcpft die virtuelle mit der realen Welt. Wir simulieren mit einem interaktiven Tisch und einem Modell einer Fertigungsstra\u00dfe eine Industrie-4.0-Produktionsanlage, in die wir BaSys 4.0 als Middleware integriert haben. F\u00fcr unsere Besucher machen wir die wandelbare Fertigung erlebbar, indem wir sie in unterschiedliche Rollen schl\u00fcpfen lassen. Abh\u00e4ngig davon, ob man als Werker, Produktionsleiter oder Anlagenbetreiber agiert, kann man live unterschiedliche Szenarien ausf\u00fchren, wie zum Beispiel neue Maschinen integrieren. Die Besucher lernen in ihrer aktiven Rolle die abstrakten Konzepte von Verwaltungsschale bzw. digitalen Zwillingen, dienstbasierter Produktion und Middleware kennen \u2013 mittendrin in der Industrie 4.0. Ein Besuch lohnt sich
\nallemal.<\/p>\n
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