Das Potenzial des Digitalen Zwillings
Am 12. November 2021 stellten fünf Referent:innen die Anwendungen des digitalen Zwillings aus unterschiedlichen Perspektiven vor. Die beiden Moderatoren Martin Schafferer, MSc und Dipl.-Ing. Thomas Schmiedinger, beide von der FH Kufstein Tirol, ließen sich gemeinsam mit rund 70 Zuseher:innen von den Vorträgen inspirieren.
Unendliches Potenzial
Die Veranstaltung zeigte die Möglichkeiten des digitalen Zwillings unter verschiedensten Aspekten – beginnend bei der Abbildung der Erde, über den Bereich Produktentwicklung bis zum Einsatz im Bereich Produktion. Die einzelnen Vorträge gaben den Teilnehmenden der SPS-Tagung einen spannenden Eindruck in die facettenreiche Anwendung des digitalen Zwillings.
Im Key-Note Vortrag stellte Dr. Nicolaus Hanowski (Ph.D. Earth and Planetary Sciences) von der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) das Projekt „Digital Twin of the Earth“ vor. Im Rahmen dieses Projektes wird ein digitales Abbild der Erde basierend auf Messdaten von Satelliten erzeugt. Die Herausforderungen dabei sind unter anderem die Auswertung der massiven Datenmengen. Mittels High Performance Computing Ansätzen sollen aus den Daten Informationen generiert werden.
Ein weiterer und wesentlicher Aspekt ist dabei eine nutzerzentrierte Darstellung der Informationen. Eine weitere Anwendung des digitalen Zwillings ist im Bereich der Wissenschaftskommunikation zu sehen. So soll der digitale Zwilling die Nachvollziehbarkeit von Experimenten und Auswertungen sicherstellen. Im Rahmen des Industry Days der ESA werden mögliche Kooperationen von Unternehmen an den Projekten präsentiert.
DI Dr. Andreas Mehrle vom MCI Management Center Innsbruck holte in seinem Vortrag die Zuschauenden wieder zurück auf die Erde. Im Rahmen des Digital Twin Lab zeigte er die Implementierung eines digitalen Zwillings anhand von Baumaschinen und Pistenraupen. Dabei wurde auch klar, dass ein Modell allein noch keinen digitalen Zwilling ausmacht. Erst die Interaktion mit der „realen“ Welt bietet einen Mehrwert. Dadurch kann das Verhalten der Maschine vorab getestet werden. Mit den daraus generierten Erkenntnissen kann die Produktentwicklung laufend optimiert werden.
Neben der Anwendung des digitalen Zwillings im Bereich Produktmanagement, kann ein digitaler Zwilling auch in der Produktion eingesetzt werden. Welche Voraussetzungen dabei notwendig sind, zeigte Leonhard Muigg MBA von der Firma Siemens. Ausgehend vom Maturity Index Industrie 4.0 ist es notwendig, als Unternehmen schrittweise vorzugehen. So bilden die Schritte Computerisierung und Konnektivität die Basis für die Implementierung von weiteren Anwendungen wie auch den digitalen Zwilling. Im Bereich der Produktion soll der digitale Zwilling dabei unter anderem eine optimierte Produktionsplanung und Produktion ermöglichen.
DI (FH) DI Simon Kranzer betonte in seinem Vortrag die Wichtigkeit der Safety und Security bei der Implementierung eines digitalen Zwillings. Basierend auf der allgegenwertigen Vernetzung müssen Sicherheitsaspekte bei der Erstellung eines digitalen Zwillings von Beginn an mitgedacht werden. Die Erfüllung beider Aspekte soll leistbar, anwendbar und verstehbar sein.
Im letzten Vortrag demonstrierte Dr.-Ing. Rainer Mümmler von Mathworks die Anwendung des digitalen Zwillings für die Generierung von Trainingsdaten für einen Machine Learning Algorithmus. Alle Schritte wurden dabei in der Software MATLAB und Simulink umgesetzt. Diese Präsentation zeigte den gesamten Predictive Maintenance Arbeitsablauf anhand eines Beispiels einer Verpackungsmaschine – vom Preprocessing der Daten, über die Entwicklung von Machine Learning Algorithmen für die vorbeugende Instandhaltung zum Deployment der Anwendung auf die SPS. Dabei werden insbesondere gesunde und fehlerhafte Daten durch ein Digital Twin Modell der Maschine generiert. Das Klassifizierungsmodell ist so aufgebaut, dass es den Zustand des Systems überwacht und zwischen verschiedenen Fehlern am Getriebe und am Servomotor unterscheidet. Aus diesem Modell wird dann C-Code generiert, der anschließend auf der SPS läuft.
Ausblick in spannende Projekte
Abschließend zeigte Martin Schafferer, MSc, von der FH Kufstein Tirol einen Demonstrator zur Erfassung von Betriebsdaten eines E-Bikes. Das gezeigte Fahrrad beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren und kann damit den Zustand des Fahrrads darstellen.
„Inspirierend und anwendungsorientiert wurden die Facetten des digitalen Zwillings in den einzelnen Vorträgen dargestellt. Gerade im Bereich Prozessoptimierung wird der digitale Zwilling eine tragende Rolle spielen“, ist sich Dipl.-Ing. Thomas Schmiedinger, stellvertretender Studiengangsleiter Smart Products & Solutions, sicher. Neben der drahtbasierten Fertigung ist die Prozessoptimierung ein Kernthema der FH Kufstein Tirol, weshalb die Fachhochschule inhaltlich dieses Thema im Rahmen von Projekten weiterverfolgt.