Digitaler Zwilling

Definition

Der digitale Zwilling repräsentiert das digitale Abbild einer Anlage aus der realen Welt. Es ist unerheblich, ob das Gegenstück in der realen Welt bereits existiert oder zukünftig erst existieren wird. Er begleitet die Anlagen über den gesamten Lebenszyklus. Digitale Zwillinge ermöglichen einen übergreifenden Datenaustausch. Sie sind mehr als reine Daten und bestehen aus Modellen in einer Simulation der repräsentierten Anlage. Mit dem Simulationsmodell, die Basis des digitalen Zwillings, können alle Entwicklungsschritte – von der Planung bis zur Inbetriebnahme virtuell dargestellt und abgesichert werden. Der digitale Zwilling entwickelt sich parallel zur Anlage, kann variiert, verbessert, getestet werden und steht schließlich für die virtuelle Inbetriebnahme zur Verfügung. Erst wenn die virtuelle Inbetriebnahme störungsfrei verlaufen ist, geht das Unternehmen den Schritt weiter und startet die Produktion beim Betreiber.

Simulation

In der Industrie gibt es digitale Zwillinge beispielsweise für Produkte, Produktionsanlagen, Prozesse und Dienstleistungen. Sie können auch schon vor dem realen Zwilling existieren, zum Beispiel als Simulationen für zukünftige Produktionsanlagen. Und sie können dazu dienen, Daten aus dem Einsatz der realen Zwillinge zu analysieren und auszuwerten. Sie haben also unterschiedlichste Zwecke und Funktionen.

Ihr besonderer Wert für die Industrie ergibt sich aus der Einsparung physikalischer Prototypen und der Möglichkeit, Verhalten, Funktionalität und Qualität des realen Zwillings unter jedem relevanten Aspekt zu simulieren. Dieser Wert kann für alle Teile der Wertschöpfung über den gesamten Lebenszyklus von Produkten, Anlagen und Dienstleistungen genutzt werden.
Digitale Zwillinge sind für Industrie 4.0 und die Digitalisierung der Fertigung essentiell. Ihr Inhalt entsteht in den verschiedenen Lebenszyklusphasen eines Produkts oder einer Fabrik, mit unterschiedlichen Werkzeugen auf diversen Plattformen. Aus den Beispielen in der Praxis ist ersichtlich, dass Digitale Zwillinge sehr anwendungsspezifisch und für jedes Unternehmen maßgeschneidert zu definieren sind.

Folgende Systeme kommen bei uns zum Einsatz

Visual Components
Process Simulate
Delmia V5

ROWA Automation | Blog Digitaler Zwilling 2

Die RF::Suite bietet eine vollständige Toolkette aus einer Hand, um das Anlagenverhalten nachzubilden oder die reale Anlage direkt als digitalen Zwilling zu spiegeln und Analysen durchzuführen. Die flexible Architektur ermöglicht den skalierbaren Einsatz. Damit wird ermöglicht, dass die komplette Anlagenfunktionalität ohne mechanischen Aufbau realisiert und der Reifegrad erhöht wird.

Die Assistenzen erkennen Fehler oder Abweichungen von vorgegebenen Standards schon bei der Modellerstellung. Bei korrekten Eingangsdaten aus den Bereichen SPS, Robotik und 3D liegt die Fehlerquote der automatischen Erstellung bei tatsächlichen 0 Prozent.
SPS-Programmierer können anpassungsfrei im Simulationsmodell arbeiten, testen, bis zum finalen Stand optimieren und im Anschluss ohne weitere Eingriffe in das validierte Projekt auf die Fertigungsanlage aufspielen. Bei Bedarf können reale Komponenten eingebunden werden.
Roboter können der Realität entsprechend abgebildet oder durch ein breites Spektrum an Schnittstellen direkt in den herstellerspezifischen Programmiersystemen betrieben werden.

Softwareexperten und Programmierer ermöglicht dies, frei von Reisekosten, ihren gewohnten Tätigkeiten nachzugehen. Virtuelle Modelle können zu Schulungszwecken eingesetzt werden. Auf kostenintensive Hardwareanbindung kann komplett verzichtet oder diese auch hybrid verknüpft werden.
Durch das breite Schnittstellenportfolio der RF::Suite können altgediente und zukunftsorientierte Kommunikationsschnittstellen wie Profibus, Profinet, MQTT, OPC-UA, uvm., sowohl virtuell als auch real gekoppelt, aufgezeichnet und überwacht werden. Durch den Einsatz als virtueller Schatten wird auch „Predictive Maintenance“ realisierbar. Diese Möglichkeiten macht die RF::Suite zu einem ganzheitlichen, virtuellen Werkzeug über den gesamten Lebenszyklus eines Produktionssystems.

Folgende Systeme kommen bei uns zum Einsatz

RF::Suite

Vorteile für Ihr Unternehmen

Bevor die Möglichkeit einer virtuellen Inbetriebnahme bestand, nahmen Hersteller den direkten Weg über die Entwicklung, die Montage, die Inbetriebnahme und die Produktion beim Betreiber. Dies führte jedoch häufig zu fatalen Auswirkungen: Die fehlende virtuelle Testung ließ manche Fehlplanungen oder Ungereimtheiten erst mit der realen Inbetriebnahme zum Vorschein kommen. Das nachträgliche Änderungen einer bestehenden Anlage besonders zeit- und kostenintensiv für die Betreiber sind, ist wohl selbsterklärend. Diese Risiken lassen sich durch die virtuelle Inbetriebnahme drastisch minimieren, wenn nicht sogar komplett ausschließen.

Zusammengefasst besteht der Mehrwert für die Industrie aus der Einsparung physikalischer Prototypen und der Möglichkeit, Verhalten, Funktionalität und Qualität des realen Zwillings unter jedem relevanten Gesichtspunkt zu testen. Dieser Nutzen kann für alle Teile der Wertschöpfung über den gesamten Lebenszyklus von Produkten, Anlagen und Dienstleistungen genutzt werden.
Die virtuelle Inbetriebnahme kann unbegrenzt wiederholt werden, bis der Ablauf reibungslos funktioniert. Erst dann kommt es zur Inbetriebnahme beim Betreiber. Es gibt daher keine ‚unberechenbaren‘ Gefahren mehr, da sich der sogenannte Gefahrenübergang im Laufe des Prozesses immer weiter nach vorne verschiebt.

Wie entsteht so ein digitaler Zwilling?

"Tüfftel"-Phase
In dieser ersten, wesentlichen Phase dreht sich alles darum, die geplanten Konzepte zu testen, zu modifizieren und gegebenenfalls zu optimieren. Da die virtuellen Modelle auf realen Daten der entstehenden Anlage aufbauen, kann der digitale Prototyp unter nahezu Realbedingungen entwickelt werden.
Operative Phase
Bei Inbetriebnahme des realen Zwillings steht nun der „echte“ digitale Zwilling bereit zur Verfügung. Durch die Fütterung mit allen wichtigen Daten im Entwicklungsprozess, kann dieser mit der realen Inbetriebnahme die Messungen und Kontrollen im laufenden Betrieb übernehmen. Nachbesserungen und Anpassungen sind hierbei unkompliziert umsetzbar.
Weiterentwicklungsphase
Die Erfahrungen, die aus dem Betrieb des digitalen Zwillings gewonnen werden, kommen der Weiterentwicklung zu Gute. Durch das Simulationsmodell können alle geplanten Erweiterungen vorab sicher durchgeprobt werden. Das Ergebnis: Lediglich marginale Stillstandzeiten sind bei Um- oder Aufrüstung nötig. Das stellt eine imense Kosten- und Zeiterspanis dar.