Digital Twins

Produktzwillinge sind digitale Abbildungen realer, individueller Wertobjekte. Sie enthalten Daten entlang des Lebenszyklus und eröffnen Einblicke in Produktverhalten und Optimierungspotentiale. Mit ihrer Hilfe können beispielsweise Daten unternehmensübergreifend ausgetauscht oder Produkte vorausschauend geplant und in allen Lebensphasen überwacht und optimiert werden, etwa hinsichtlich ihres ökologischen Fußabdrucks oder ihrer Energieeffizienz.

Maschinen- oder Anlagenzwillinge bilden den aktuellen Zustand während der Produktion ab. So können wir automatisiert die Energieeffizienz von Anlagen erfassen und steuern oder Wartungsbedarfe frühzeitig erkennen (Predictive Maintenance) und mithilfe von kontextsensitiven Assistenzsystemen bei der Instandhaltung unterstützen.

Digitale Prozesszwillinge vernetzen technologische Fabrikprozesse mit unternehmerischen Geschäftsprozessen. So können wir Systeme als Ganzes betrachten und auf einer soliden Datengrundlage wichtige Erkenntnisse zum Beispiel für die Produktionsplanung oder Geschäftsmodelle ableiten.

• Schließen von Informations- und Materialkreisläufen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft.

• Gestaltung von Produkten, die alle Lebenszyklusphasen berücksichtigen.

• Reduzierung von Abfall und Rückführung von Produkten in den Kreislauf nach Nutzungsdauer.

• Verantwortung der Produktentwickler, Produkte über alle Lebenszyklusphasen hinweg optimal gestalten.

• Vorausdenken der Lebenszyklusphasen als Teil des Product Lifecycle Managements.

• Sammlung und Bewertung zahlreicher Informationen zur Bestimmung der tatsächlichen Nachhaltigkeit eines Produktes oder Systems.

• Digitale Zwillinge ermöglichen Analysen aktueller Betriebszustände, Prognosen, Echtzeit-Optimierungen und virtuelle Umplanungen.

• Unterstützung bei der Entwicklung und dem Betrieb von Digitalen Produkt- oder Fabrikzwillingen.

• Vielfalt an Modellen für zweckorientierte Digitale Zwillinge: Nutzung unterschiedlicher Modelltypen für Entwicklung und Simulation.

• Methodische Begleitung: Unterstützung durch das 8D-Modell zur optimalen Ausgestaltung von Digital Twin-Lösungen.

Datendurchgängigkeit, heterogene Systemlandschaften und unternehmensübergreifende Zusammenarbeit stellen hohe Anforderungen an Robustheit, Flexibilität und Erweiterbarkeit der IT-Systemarchitektur sowie der verwendeten Technologien. Mit dem Design-Elements-Modell bieten wir konzeptuelle Hilfe bei dem Aufbau und der Planung Ihrer IT-Architekturen und Infrastrukturen und rüsten Sie für den Einsatz Digitaler Zwillinge.

Entwicklung eines IoT-basierten Systems zur Zustandsüberwachung und vorausschauenden Wartung von Werkzeugmaschinen

Unsere Forscherinnen und Forscher haben eine Pilotanlage entwickelt, an der verkettete Produktionsanlagen kostengünstig konzipiert und komplexe Prozesse sicher getestet werden können. Das Prinzip: Ein Digitaler Zwilling der modularen Entwicklungsumgebung sorgt dafür, dass die beiden Roboter für jeden Montageschritt automatisiert konfiguriert und angesteuert werden.

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Komplexe Produkte haben heute einen nicht unerheblichen »digitalen Anteil«. Wichtige Funktionen entlang ihres Lebenszyklus haben sich von der physischen Welt in virtuelle Datenräume verlagert. Ganze Produktionsstätten werden mittels Digitaler Zwillinge gesteuert, und smarte Produkte zeichnen immer mehr Daten auf. Neue Anforderungen an Recycling machen die Nutzung von Daten unumgänglich.

Um hochkomplexen Systeme be­herrschen zu können, setzen Unternehmen bereits vielfach Digital Twins ein. Sie sind das digitale Abbild eines spezifischen Produkts, einer Produktionsanlage oder einer gesamten Fabrik und ermöglichen es, mithilfe von Modellen, Informationen und Daten deren Eigenschaften, Zustand und Verhalten zu erfassen, vorherzusagen und zu steuern.

In 500 Metern rechts abbiegen.« Auf Autofahrten verlassen wir uns gern auf digitale Assistenz in Form eines Navigationssystems. Wäre es nicht schön, wenn es solche einfachen Anweisungen auch in komplexen Produktionsprozessen geben könnte? Das Fraunhofer IPK entwickelt Lösungen für digitale Assistenzsysteme, mit denen Nutzenden eine individuelle und anpassbare Unterstützung an die Hand gegeben wird.

Im Bereich Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) liegen mobile Assistenzapplikationen voll im Trend, denn beim Warten von Maschinen und Anlagen ist besonders wichtig, die umgesetzten Schritte trans­parent zu dokumentieren, damit andere Werkerinnen und Werker nachvollziehen können, welche Arbeiten durchgeführt wurden. Mithilfe von KI werden diese flexibler – und vorausschauender.