Digitale Zwillinge als Schaltzentrale nachhaltiger Produktion
In diesem Baustein geht es um die Bedeutung Digitaler Zwillinge für Nachhaltigkeit und zukünftige Produktionsweisen.
Ein digitaler Zwilling ist das Abbild eines realen Produktes, Objektes oder Prozesses im Digitalen und schlägt somit die Brücke zwischen der realen und der virtuellen Welt. Es ist dabei nicht relevant, ob es sich um ein materielles oder immaterielles Gegenstück handelt und ob dieses bereits existiert oder sich in der Planung befindet. Die Einsatzmöglichkeiten sind sehr vielseitig und erstrecken sich auf verschiedenste Branchen, wie Industrie, Verkehr oder auch Medizin. Mit Hilfe eines digitalen Zwillings können in der Industrie bspw. Kosten gesenkt, (Ressourcen-)Effizienz gesteigert und Prozesssteuerungen optimiert werden.
Das Internet of Things, Big Data und maschinelles Lernen (bzw. Künstliche Intelligenz) sind die Eckpfeiler für das Gelingen eines digitalen Zwillings, da in Echtzeit Daten erfasst, verarbeitet, ausgewertet und mit dem realen Gegenstück abgeglichen werden. Wenn nötig kann umgehend interveniert und höhere (Folge-)Kosten vermieden werden.
Nehmen wir im Weiteren die Produktion und Industrie in den Fokus. Hier können verschiedene Aspekte die Ökologie positiv beeinflussen. Die Datenqualität ist dabei entscheidend, denn nur mit zuverlässigen und guten Daten können entsprechend gute Ergebnisse erzielt werden. Die jeweilig genutzten Parameter können beispielsweise aufbereitete historische Daten aus dem Bestellmanagement oder der Produktion, aber auch mit Sensoren erfasste Daten in Maschinen sein.
Ökologische Vorteile im Detail
Optimierung der Produktion
Digitale Zwillinge erlauben die virtuelle Darstellung und Simulation von Produktionsanlagen und -prozessen.
Durch die Analyse der simulierten Daten können Unternehmen Engpässe identifizieren, Produktionsprozesse optimieren und die Effizienz steigern. Dies führt zu einer Reduktion von Energieverbrauch, Materialverschwendung und Emissionen. Die Simulation von „Was-wäre-wenn“-Szenarien ermöglicht es Unternehmen, die Auswirkungen von Änderungen an den Produktionsprozessen zu bewerten und so fundierte Entscheidungen zu treffen.
Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Lieferkette:
Digitale Zwillinge können die gesamte Lieferkette digital abbilden, von den Rohstoffen bis zum Endprodukt. Dies ermöglicht eine transparente Rückverfolgung von Materialien und Produkten und erleichtert die Identifizierung von Nachhaltigkeitsrisiken. Unternehmen können so die CO2-Bilanz ihrer Lieferkette analysieren und optimieren, indem sie energieeffiziente Transportwege und nachhaltige Lieferanten auswählen. Dabei gilt zu beachten, dass dies nur mit der Verfügbarkeit entsprechender Daten aller Produktionsstufen funktioniert.
Entwicklung nachhaltigerer Produkte:
Digitale Zwillinge ermöglichen die virtuelle Entwicklung und Simulation von Produkten, bevor sie physisch hergestellt werden.
Unternehmen können dadurch verschiedene Designoptionen hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit bewerten und die Umweltauswirkungen ihrer Produkte minimieren. Durch die Integration von Sensoren in reale Produkte können Daten über deren Nutzung gesammelt und im digitalen Zwilling analysiert werden, um die Produktentwicklung weiter zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern.
Weitere Vorteile im Detail:
- Verlängerung der Produktlebensdauer: Durch die 1:1-Relation zwischen realem Produkt und digitalem Zwilling ist ein produktspezifisches Monitoring möglich. Basierend auf den Daten kann der optimale Zeitpunkt für Reparaturen oder den Austausch von Komponenten ermittelt werden, was die Lebensdauer des Produkts verlängert und Ressourcen schont. Die Reparatur eines defekten Teils kann den weiteren Verschleiß von noch intakten Bauteilen verhindern, was eben die Einsparung und Verlängerung der Maschiene oder Produkt nach sich zieht.
- Wiederverwendung von Bauteilen: Der digitale Zwilling speichert Daten zur Nutzungshistorie von Bauteilen. Anhand dieser Daten kann bewertet werden, ob ein Bauteil sicher in einem anderen Produkt wiederverwendet werden kann.
- Optimierte Ressourcennutzung in der Produktion: Digitale Zwillinge ermöglichen die Simulation und Optimierung von Maschineneinstellungen und -betrieb. Das führt zu einer effizienteren Ressourcennutzung, reduziert Verschwendung und Leerlaufzeiten und trägt zu einer nachhaltigeren Produktion bei.
Herausforderungen bei der Implementierung
Zentral sind bei der Implementierung von digitalen Zwillingen drei Herausforderung. Es erfordert, wie bereits zuvor erwähnt, ein hohes Maß an Datenqualität und -verfügbarkeit. Zudem muss die Interoperabilität verschiedener Systeme und Datenformate sichergestellt sein. Und zuletzt benötigen Unternehmen qualifizierte Fachkräfte mit Kenntnissen in den Bereichen Datenanalyse, Simulation und IT-Sicherheit.
Fazit
Digitale Zwillinge sind ein wichtiges Werkzeug für die Transformation der Industrie hin zu nachhaltigeren Produktionsweisen. Durch die virtuelle Abbildung von Produkten, Prozessen und Lieferketten ermöglichen sie Unternehmen, die Ressourceneffizienz zu steigern, Emissionen zu reduzieren und nachhaltigere Produkte zu entwickeln. Die Implementierung von digitalen Zwillingen erfordert jedoch eine sorgfältige Planung und die Bewältigung technischer und organisatorischer Herausforderungen.