Die Zukunft des Digitalen Zwillings im Maschinenbau: Ein Interview mit MPA Technology

Was genau versteht man unter einem digitalen Zwilling?

Der digitale Zwilling (DT) ist ein Modell, das verschiedene Dienstleistungs- oder Fertigungsprozesse, Produktlebenszyklen oder Funktionalitäten von Produktionsmaschinen nachbildet. Durch gesammelte Daten stellt er eine Verbindung zwischen der realen Welt und seinem jeweiligen virtuellen Gegenstück her. Somit fungiert er als computerisiertes Modell eines greifbaren oder immateriellen Objekts.

Welche Arten von digitalen Zwillingen werden typischerweise im Maschinenbau unterschieden?

MPA Technology betont unterschiedliche Entwicklungsstufen statt klar definierter Arten von digitalen Zwillingen im Maschinenbau. Während des Produktlebenszyklus (z. B. Maschine, Zelle, Produktionslinie) werden digitale Zwillinge für verschiedene Aufgaben eingesetzt.

Zu Beginn kann ein einfaches DT-Modell für Angebotszwecke verwendet werden, dass häufig ein 3D-Modell des Produkts mit beweglichen Baugruppen umfasst, um Abläufe zu simulieren und darzustellen. Dieses Modell kann während des Designs mit virtuellen Sensoren erweitert werden, um Zykluszeiten zu testen, potenzielle Kollisionen zu analysieren und Prozessvarianten zu bewerten.

Besonders wichtig im Maschinen- und Anlagenbau ist die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN), die in den letzten Jahren zunehmend angewendet wird. Hier wird die Steuerung (virtuell oder real) in den DT integriert, was Programmierern ermöglicht, Programme vor der eigentlichen Konstruktion zu schreiben und zu testen. Sobald die physische Anlage betriebsbereit ist, kann der digitale Zwilling parallel laufen, um Daten aus dem realen Prozess zu überwachen, zu visualisieren und zu analysieren. Integriert in Fertigungsleitsysteme (MES) kann der DT Prozesse steuern, weiterentwickeln und planen.

Inwieweit ist der digitale Zwilling ein relevanter Bestandteil von Industrie 4.0?

Im Kontext von Industrie 4.0, gekennzeichnet durch individualisierte Produkte und die Integration des Kunden in Produktionsprozesse, betont MPA Technology, dass der DT ein entscheidendes Werkzeug für zentrales Management ist. Seine kontinuierliche Entwicklung über den gesamten Produktlebenszyklus ermöglicht Echtzeit-Analyse, Simulation, Verbesserung und Visualisierung.

Welche praktischen Anwendungsbeispiele gibt es für den digitalen Zwilling im Maschinenbau?

Entwicklung: Virtuelles Modellieren einzelner Komponenten (z. B. Antriebe) ermöglicht die Analyse des Verhaltens und Optimierung mit validierten und verifizierten Modellen.

Planung: Die Analyse von Daten ähnlicher Prozesse unterstützt die Planung neuer Prozessketten. Vorhersagen und Analysen der Auswirkungen von Parametern auf bestehende Prozesse werden erleichtert.

Inbetriebnahme: Das Testen der programmierten Steuerlogik neben der Konstruktion hilft, die Einsatzbereitschaft vor der physischen Montage der Anlage sicherzustellen.

Qualitätsmanagement und Instandhaltung: Die Echtzeitüberwachung ermöglicht die frühzeitige Erkennung und Bekämpfung von Engpässen oder Ausfällen.

Showroom: Die vereinfachte Darstellung verschiedener Prozessabläufe, zum Beispiel auf Messen.

Was sollte ein Maschinenbauingenieur beachten, wenn er einen digitalen Zwilling entwickelt?

MPA Technology schlägt vor, zunächst eine geeignete Infrastruktur zu schaffen, die auf die spezifische Anwendung zugeschnitten ist. Da der DT Prozesse in Echtzeit simuliert, ist ausreichende Rechenleistung entscheidend, insbesondere mit zunehmender Detailtiefe. Zum Beispiel sollten bei der Betrachtung von Kollisionen nur relevante physikalische Eigenschaften im Modell berücksichtigt werden, im Einklang mit dem Prinzip der Einfachheit. Des Weiteren ist eine stabile und sichere Netzwerkkommunikation unerlässlich, da der DT Programme, Schnittstellen und Dienste integriert, die oft auf verschiedenen Systemen laufen. Angesichts der Erfassung sensibler Prozessdaten ist besondere Aufmerksamkeit auf Datenschutz und -sicherheit von höchster Bedeutung. Um das volle Potenzial des DT auszuschöpfen, empfiehlt MPA Technology eine Einbindung von Beginn an, unter Berücksichtigung nachfolgender Phasen zur schrittweisen Verbesserung des Modellverhaltens. Eine klare Definition der Ziele und Vorteile des DT im Voraus wird empfohlen, um unnötigen Aufwand zu vermeiden.

Wo seht ihr zukünftig großes Potenzial für die Weiterentwicklung und Implementierung des digitalen Zwillings im Maschinenbau?

Laut MPA Technology spielt der digitale Zwilling derzeit eine entscheidende Rolle in Industrie 4.0 und wird voraussichtlich in Industrie 5.0 weiter an Bedeutung gewinnen. Derzeit liegt der Fokus im Maschinenbau auf der virtuellen Inbetriebnahme (VIBN). Technologien wie Augmented Reality und Virtual Reality, die in den digitalen Zwilling integriert sind, bieten Möglichkeiten für virtuelles Training und Wartung. Darüber hinaus ermöglichen Fortschritte in der künstlichen Intelligenz, die in den digitalen Zwilling integriert sind, die virtuelle Simulation und Steuerung komplexer Systeme in vielfältigen Szenarien.

Mithilfe moderner Lösungen für den digitalen Zwilling strebt MPA Technology an, nachhaltige industrielle Praktiken voranzutreiben. Durch die Integration von KI und Echtzeitdaten ermöglicht MPA Technology Unternehmen, ihre Betriebsabläufe zu optimieren, die Effizienz zu steigern und sich schnell an zukünftige Herausforderungen anzupassen.