Nach Oben

Arbeitsgruppe Digitaler Zwilling

Mit der rasanten Entwicklung neuer Technologien, wie Cloud Computing, Internet of Things, Big-Data-Analytik und künstliche Intelligenz ist das Zeitalter der intelligenten Fertigung angebrochen und somit kommt auch der Begriff «Digitale Zwilling» auf. Der Digitale Zwilling wird mit den neuen Technologien kombiniert, um komplexe Aufgaben besser zu bewältigen.

Ziele der Arbeitsgruppe

  • Aufzeigen und Verankerung des Konzeptes zum Digitalen Zwilling
  • Use Cases erarbeiten für die produzierende Industrie
  • Bereitstellen eines Workshop Angebotes zur Prüfung einer Umsetzung eines Anwendungsfalles mit einem Digitalen Zwilling

Der digitale Zwilling

Quelle: Manuel Fischer B.Sc., Prof, Markus C. Krack | Fachhochschule Nordwestschweiz
Was ist ein Digitaler Zwilling?

Ein Digitaler Zwilling (engl. «digital twin»), ist ein digitales oder virtuelles Abbild von Anlagen, Prozessen, Produkten oder Dienstleistungen unserer physischen Welt. Er verwendet reale Daten. Physischer Gegenstand und virtuelle Repräsentanz sind miteinander verbunden und synchronisiert und können sich gegenseitig in Echtzeit beeinflussen.

Was ist kein Digitaler Zwilling?

Oftmals werden Digitale «Mock-Ups» fälschlicherweise als Digitale Zwilling bezeichnet. Ein Digital Mock-Up ist jedoch nur eine rechnergestützte Methode, bei der ein digitales Modell des realen Produkts / Gegenstands wiedergegeben wird und gewisse Eigenschaften simuliert werden. Das Kriterium der Kopplung des realen und digitalen Gegenstands ist aber nicht gegeben, was ein Muss- Kriterium für den Digitalen Zwilling darstellt.

Ein 3D-CAD Modell als Digitalen Zwilling zu bezeichnen ist nicht korrekt. Auch die Behauptung, dass der Digitale Zwilling längst Stand der Technik ist und in den meisten Unternehmen eingesetzt wird sind verwegen.

Arten des Digitalen Zwillings

Man unterscheidet momentan drei Arten plus einen übergeordneten Digitalen Zwilling:

  • Digitaler Zwilling in der Entwicklung (Produktzwilling)
  • Digitaler Zwilling in der Produktion (Produktionszwilling)
  • Digitaler Zwilling in der Dienstleistung (Servicezwilling)

Übergeordnet über alle drei Zwillingsarten ist der:

  • Digitaler Zwilling über mehrere Phasen
Geschichte des Digitalen Zwillings

Das Konzept des Digitalen Zwillings ist erstmals 2010 in einer Technologie-Roadmap der NASA erwähnt worden. Es geht zurück auf das Apollo-Programm, bei dem mindestens zwei identische Raumfahrzeuge gebaut wurden, um die Bedingungen des Raumfahrzeugs während der Mission spiegeln zu können.

Veränderungen in der Wahrnehmung

Die Definitionen und Wahrnehmung, was ein Digitaler Zwilling ist und darstellt, hat sich seit der ersten Erwähnung im Jahr 2010 stetig verändert. Auf der nachfolgenden Graphik sind die veränderten Wahrnehmungen und Definitionen dargestellt.

Aufbau eines Digitalen Zwillings

Traditionell wird der Digitale Zwilling in drei Dimensionen beschrieben. Dieser wurde 2003 das erste Mal unter Grieves im Rahmen einer Vorlesung zum Thema Product Lifecycle Management vorgestellt. Der dreidimensionale Digitale Zwilling besteht aus dem physischen Gegenstand, (physical entity), seiner virtuellen Repräsentanz (physical Space) und der Verbindung der Beiden mittels Daten und Informationen.

Später wurde mit dem 5-dimensionalen Zwilling das klassische Modell des 3-D Zwillings von Grieves um die Dimensionen Daten und Services erweitert. Ein Digitaler Zwilling besteht somit gemäss (Tao et al., 2019) aus:

  • PE: Physischer Gegenstand
  • VE: Virtueller Raum
  • Ss: Service- und Berechnungsraum
  • DD: Digitaler Zwillings Datenraum
  • CN: Verbindung (Kommunikation)
Formalisierter Aufbau eines Digitalen Zwillings

Der formalisierte Aufbau eines Digitalen Zwillings ist erst im Aufbau. Die im Moment noch im Entwurfsstadium befindliche ISO/DIS 23247-Reihe definiert einen Standard zu den Begrifflichkeiten und des Aufbaus von Digitalen Zwillingen.

Der Digitale Zwilling besteht hierin aus vier Einheiten. In der ersten Einheit «Data Collection and Device Control» werden Daten gesammelt und aufbereitet. Über diese Einheit werden auch die physischen Objekte mit dem Zwilling gekoppelt und synchronisiert. In der «Core Entity» werden die verschiedenen Prozesse zur Datenverarbeitung (Simulation) bereitgestellt. Die «User Entity» stellt die Verbindung zu anderen Systemen wie MES, ERP und anderen Zwillingen dar. Die vierte Einheit mit der Bezeichnung «Cross-System Entity» regelt vereinfacht gesagt den Datenverkehr zwischen den Einheiten.

Nutzen und Chancen beim Einsatz

Digitale Zwillinge können während allen Phasen des Product Lifecycles von Nutzen sein. Der generelle Nutzen des Digitalen Zwillings liegt in der Bereitstellung von Entscheiden oder Entscheidungsgrundlagen in Echtzeit.

Der Nutzen eines Digitalen Zwillings ist somit weitreichend. Mittels diesem können zum Beispiel:

  • In der Entwicklung Wechselwirkungen zwischen Software und Konstruktionen überprüft werden.
  • In der Produktion Planung und Steuerung von Aufträgen verbessert und somit Durchlauzeiten verkürzt werden.
  • Optimierung von Materialflüssen und Lagerverwaltungen
  • Prozesse stabilisiert werden (konstante oder bessere Qualität)
  • Vorbeugenden Unterhalt (predictive maintenance) und Vermeidung von Schadensfällen bei Maschinen und Anlagen

Die Auflistung ist nicht abschliessend, da der Nutzen und die Einsatzbereiche des Digitalen Zwillings sehr vielschichtig sind.

Mitglieder der Arbeitsgruppe

  • Tim Frech | UNITY Schweiz AG, Co-Leiter
  • Roland Eschmann | Industrie 2025, Co-Leiter
  • Stefan Bader | Rychiger
  • Ralf Dopp | Deloitte
  • Remo Koethe | Autexis
  • Urs Güttinger | Bossard
  • Stefan Pauli | Switzerland Innovation Park Biel / Bienne
  • Robert Montau | FFHS
  • Rolf Wirz | Rychiger
  • Beat Meili | Sigmatek
  • Alexej Ziegler | Octotronic
  • Markus Krack | FHNW
  • Reto Bättig | M&F Engineering

Unsere Website verwendet Cookies, damit wir die Page fortlaufend verbessern und Ihnen ein optimiertes Besucher-Erlebnis ermöglichen können. Wenn Sie auf dieser Webseite weiterlesen, erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden.
Weitere Informationen zu Cookies finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Wenn Sie das Setzen von Cookies z.B. durch Google Analytics unterbinden möchten, können Sie dies mithilfe dieses Browser Add-Ons einrichten.