Digitale Zwillinge: schneller, einfacher und wiederverwendbar

neue Baukastenstrategie für Simulation

Digitale Zwillinge haben ein gewaltiges Potenzial, Produktabläufe zu verbessern. Die Komplexität der Verfahren, die dafür notwendig sind, verhindert allerdings oft, dass digitale Zwillinge eingesetzt werden. DT Ops soll einen neuen Zwillings-Trend setzen.

Manche Marktanalysen lassen wirklich aufhorchen, wie etwa die von Markets &Markets zu Digitalen Zwillingen: Der Markt für digitale Zwillinge ist gewaltig, das jährliche Wachstum zweistellig. Die meisten Unternehmen (85%) haben diesen Trend erkannt und haben immerhin schon ein Konzept erarbeitet, wie sie digitale Zwillinge einsetzen können. Andererseits, auffällig wenige Firmen konnten bislang ihre Konzepte umzusetzen, nur (8%) – und auch nur 35% der Firmen haben damit angefangen, sie zu implementieren.

DT Ops - Ein Digital Twin-Baukasten

„Viele Firmen haben oft nicht genügend Experten für Digitale Zwillinge oder scheitern an organisatorischen Strukturen, um digitalen Zwillinge skalierbar – also erweiterbar und anpassbar –einzusetzen“, erklärt Benjamin Lee, Simulationsexperte aus der Siemens-Forschungsabteilung Technology. „Wir wollen es unseren Kunden leichter machen, digitale Zwillinge zu verwenden und wir wollen die Zeit verkürzen, die nötig ist, um digitale Zwillinge zu entwickeln und anzupassen. Deshalb haben wir ein Konzept entwickelt, das wir DT Ops (Digital Twin Operations) nennen. DT OPS ist ein Digital-Twin-Baukasten. Er umfasst Best Practices und Tools für die Kombination von Modellierung und Simulation von Digitalen Zwillingen (DT) und IT-Operationen (Ops) zur Verwaltung der Lebenszyklen von Digitalen Zwillingen. Die einzelnen Bausteine sind skalierbar und wiederverwendbar, so dass wir viel schneller werden.“ 

 

 Digital-Twin - Definition

Ein digitaler Zwilling ist ein Modell, das beschreibt, wie sich ein reales Originalteil – eine Maschine, eine Komponente, ein Prozess usw. – verhält. Mathematische Funktionen beschreiben, wie die relevanten Größen – etwa Eingabewerte, physikalischen Größen (z.B. Reibung oder Temperatur), Ausgabewerte – voneinander abhängen. So eine Funktion könnte beispielsweise festlegen, dass sich die Temperatur in einem Motor in jeder Betriebsminute um ein Grad erhöht.

Executable Digital Twins machen den Unterschied

Es gibt mathematische Standardverfahren, um digitale Zwillinge zu entwickeln – allerdings sind diese so speziell und oft weit von einer einfachen Zugänglichkeit entfernt, dass die meisten Ingenieure und Informatiker sie nicht einfach nutzen können – etwa unterschiedliche lineare und nichtlineare Approximations-algorithmen, um mit Funktionen die Kurven von Messdaten nachzubilden, oder Verfahren zur Modellreduktion. Noch dazu, müssten die Modellen in so einen Format gepackt werden, dass sie mit ihre geeignete Simulationsumgebung auf der richtige Hardware laufen können (z.b. SIMATIC IOT2000, oder SIMATIC IPC227E).

„Mit DT Ops können wir unseren Kunden sogenannte Executable Digital Twins (xDT) anbieten. Wir verstehen darunter in sich abgeschlossene, einfach anpassbare und wiederverwendbare Simulationssysteme, die ihr kompliziertes mathematisches Innenleben, vor den Benutzern verbergen“, sagt Lee. „Wenn wir unseren Kunden einen xDT liefern, dann bekommen sie ein Model, das – bezüglich Geschwindigkeit und Genauigkeit – zu ihren Anforderungen passt plus eine fest integrierte Simulationsumgebung. Die Kunden können den xDT direkt verwenden und auch ohne mathematisches Experten Know-How anpassen. Dafür stellen wir in DT Ops geeignete Werkzeuge zur Verfügung. Gleichzeitig stellen wir viele weitere einfache Baukastenkomponenten bereit, z.B. Komponenten die eine kontinuierliche Kalibrierung und Update der Modelle im laufenden Betrieb ermöglichen.“

 

Erfahrung aus mehr als 50 Simulations-Projekten

In den DT-Ops-Baukasten ist die Erfahrung aus mehr als 50 Simulations-Projekten eingeflossen, die Siemens Technology in den vergangenen Jahren – für unterschiedliche Domänen und unterschiedlich Phasen des Lebenszyklus –begleitet hat.

Ein paar Beispiele:

Besonderer Fokus auf industrielle IoT-Systeme

In der industriellen Produktion gibt es ein besonders hohes Potenzial noch mehr Simulation einzusetzen. Hier entwickeln sich gerade IoT-Systeme mit komplexen Kommunikationsabläufen zwischen den einzelnen Geräten. „Simulation macht es möglich, dass Systeme und Produkte smarter werden – genau das erwarten ja auch die Endkunden“, erklärt Lee. „Und DT Ops macht es einfacher und schneller, Simulation einzusetzen, zum Beispiel bietet DT Ops intuitive Arbeitsabläufe und Lösungen. Insbesondere komplementiert DT Ops auch die aktuellen Produktentwicklungen in der DI Software, um entsprechende Technologien auch für sehr spezielle Inhouse Simulationswerkzeuge nutzen zu können.“

Aenne Barnard  - Juli 2021

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