Digitaler Zwilling

Während Virtual Reality das praxisorientierte Lernen erleichtern kann, steht ihre Entwicklung vor Hindernissen: hohe Kosten, hoher Zeitaufwand oder die Herausforderungen hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit. Dieser Artikel stellt zwei Fallstudien vor, die Strategien zur Überwindung solcher Hindernisse bei der Ausbildung der nächsten Generation von Fachkräften im Bereich Umwelttechnologien veranschaulichen. Durch die Untersuchung von Ansätzen zur Rationalisierung der Entwicklung sowie zur Steigerung der Relevanz und Skalierbarkeit von Inhalten werden Erkenntnisse für die zukünftige Praxis gewonnen. Abschließend wird eine Zukunftsvision entworfen, in der Bildungseinrichtungen flexibel und kosteneffizient Virtual-Reality-Prototypen in Lernkontexten entwickeln können, um die Übereinstimmung mit den Lehrplanzielen und den Bedürfnissen der Lernenden sicherzustellen.

Der rasante Fortschritt immersiver Technologien eröffnet neue Möglichkeiten für die Mensch-Maschine-Interaktion in der Industrie. Dieser Beitrag stellt eine immersive Plattform für menschliche Digitale Zwillinge vor, die physische und kognitive Zustände in einem integrierten Modell vereint. Durch die Kombination multimodaler Sensorik, menschlicher Biomechanik, Künstlicher Intelligenz und Simulation verbessert das System Sicherheit, Ergonomie und Produktivität in der menschenzentrierten Produktion. Der Beitrag argumentiert, warum menschliche Digitale Zwillinge zu einem zentralen Baustein adaptiver Produktionssysteme werden könnten, diskutiert bestehende Grenzen der Modellierung des Menschen und skizziert industrielle Anwendungspotenziale in den Bereichen Sicherheit, Nachhaltigkeit, Ergonomie und Produktivität.

Digitale Zwillinge werden häufig als vielversprechender Hebel zur Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen (THG-Emissionen) in der industriellen Produktion diskutiert, belastbare empirische Nachweise zu ihrem tatsächlichen Nutzen unter Praxisbedingungen fehlen jedoch weitgehend. In dieser Fallstudie werden die Emissionseinsparpotenziale eines Digitalen Zwillings als konzeptionell beschriebenes Zielsystems am Beispiel eines Prüfstands für Hydraulikpumpen ex-ante quantifiziert. Hierzu werden die THG-Emissionen des ursprünglichen Prüfplans für das Jahr 2025 auf Basis real gemessener Energieverbräuche der geprüften Pumpen und zeitlich aufgelöster Emissionsintensitäten des Strombezugs ermittelt. Anschließend erfolgt eine regelbasierte Umplanung, bei der energieintensive Prüfprozesse in emissionsärmere Zeitintervalle verlagert werden. Die Umplanung berücksichtigt dabei betriebliche Praxisrestriktionen. Prozesse und Anlagen werden nicht verändert. Das Einsparpotenzial wird ...

Die fischertechnik® Lernfabrik 4.0 hat sich als geeignete Experimentierumgebung zur Erprobung Digitaler Zwillinge erwiesen. Abhängig vom angestrebten Reifegrad reichen die Funktionen eines Digitalen Zwillings von der reinen Zustandsüberwachung über Prognosen bis hin zur operativen Steuerung von Produktions- und Logistiksystemen. Zur systematischen Einordnung dieser Funktionen wird in diesem Beitrag ein Reifegradmodell vorgestellt, das als Orientierungsrahmen für den Aufbau eines Digitalen Zwillings dient. Darauf aufbauend werden ausgewählte Anwendungsfälle in einer Test- und Entwicklungsumgebung umgesetzt, die auf einer Systemarchitektur mit mehrstufiger Schichtlogik basiert. Anhand erster Umsetzungen werden Einsatzzwecke, relevante Methoden sowie typische Herausforderungen und Potenziale für den Transfer in reale Fabrikumgebungen aufgezeigt.

Das Sammeln von Daten aus verschiedenen Quellen in der Produktion und die Bereitstellung dieser Daten für verschiedene IT-Systeme ist eine der Kernaufgaben im Prozess der Digitalisierung der Fabrik. Aufgrund der unterschiedlichen Protokolle und Schnittstellen ist die Datenerfassung mit besonderen Herausforderungen verbunden. Mit dem Sensor Technology Adapter Gateway (STAG) präsentieren wir eine Lösung, die die Lücke zwischen dem Shopfloor und den IT-Systemen schließt. STAG ist eine industrietaugliche Middleware, die die Übersetzung zwischen Datenmodellen und Protokollen automatisiert.

In der heutigen Fertigungsindustrie sind Digitale Zwillinge ein entscheidender Schlüssel zur Optimierung von Produktionsprozessen und der effizienten Nutzung von Ressourcen. Das Erstellen Digitaler Zwillinge ist allerdings oft mit hohen oder schwer abschätzbaren Aufwänden verbunden und häufig werden unbekannte Kennwerte wie Materialparameter benötigt, was den Einsatz in der Realität erschwert. Mit RAPIDZ stellen wir ein Werkzeug zur Erstellung und Nutzung Digitaler Zwillinge vor, welches durch seinen modularen Aufbau, diese Barriere durchbricht. Die virtuellen Modelle physischer Systeme ermöglichen dann eine umfassende Analyse und Prognose von Materialflüssen, Energieverbrauch und Maschinenleistung in Echtzeit. Die Nutzung von RAPIDZ steigert die Effizienz von Produktionslinien, verbessert Flexibilität und Reaktionszeit und ermöglicht proaktive Wartungen, sodass Ausfallzeiten minimiert werden.