Kommentar von Lee Hamilton, GeoSLAM

Ein Leitfaden zur Implementierung Digitaler Zwillinge

| Autor / Redakteur: Lee Hamilton / Nico Litzel

Der Autor: Lee Hamilton ist Senior Product Manager beim Spezialisten für 3D-Mapping und -Überwachung GeoSLAM
Der Autor: Lee Hamilton ist Senior Product Manager beim Spezialisten für 3D-Mapping und -Überwachung GeoSLAM (Bild: GeoSLAM)

Digitale Zwillinge – digitale Nachbildungen von physischen Produkten oder Prozessen – werden in der Fertigungsindustrie bereits häufig eingesetzt, um die Leistung des physischen Gegenstücks zu simulieren und vorherzusagen. Trotz des Wachstums in den vergangenen Jahren wird die Technik in anderen Sektoren verhältnismäßig wenig genutzt, dabei hat sie aber enormes Potenzial.

Digitale Zwillinge sind bei Weitem keine neue Entwicklung. Die Idee, virtuelle Darstellungen von Produkten oder Prozessen zu erstellen, wurde erstmals 2002 diskutiert. Angesichts der jüngsten Entwicklung zur Industrie 4.0 sowie der Fortschritte in den Bereichen KI und maschinelles Lernen gewinnt der Prozess jedoch aufgrund der vorteilhaften Einblicke in reale Szenarien an Bedeutung.

Digitale Zwillinge könnten Unternehmen nicht nur zu mehr Produktivität verhelfen, sondern auch einige der großen globalen Fragen beantworten, z. B. wie wir unsere Städte so entwickeln können, dass sie für die kommenden Jahrzehnte ihren Zweck erfüllen und wie Umweltprobleme am effektivsten angegangen werden können.

Großbritannien nimmt Vorreiterrolle ein

Bei einem derart breiten Spektrum äußerst nützlicher Anwendungsmöglichkeiten ist es nicht verwunderlich, dass immer mehr Unternehmen diese Technik in ihre Abläufe implementieren. Im Bausektor zum Beispiel entwickeln Unternehmen wie GeoSLAM neue digitale Technologien, um die Implementierung und Einbettung von Building Information Modeling (BIM) zu unterstützen und so eine Plattform für zentral integriertes Design, Modellierung, Planung und Zusammenarbeit innerhalb der Branche zu schaffen. Eine Reihe von Interessengruppen, von Architekten bis hin zu Facility Managern, kann damit auf die 3D-Darstellung der Gebäudeeigenschaften während des gesamten Lebenszyklus zugreifen.

Nach Angaben der NBS hat BIM in diesem Jahr bereits eine viel höhere Akzeptanz erlangt als das noch 2011 der Fall war (von etwas mehr als 10 Prozent auf rund 70 Prozent), was zum Teil durch staatliche Initiativen unterstützt wird. Viele Unternehmen haben erkannt, dass sie mit BIM die Gebäudeleistung und Preise besser abschätzen können. Die Bundesregierung versucht ähnliche Fortschritte zu erzielen, indem das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur Richtlinien einführt, die BIM bei öffentlichen Bauvorhaben vorschreiben, allerdings wurde diese innovative Technik nur zögernd angenommen.

Smart Cities

Entscheidend für die Nutzung der Technologie rund um digitale Zwillinge ist der Zugang zu genauen und aktuellen Informationen. Um mithilfe von maschinellem Lernen und KI den vollständigen Lebenszyklus eines Produkts oder Prozesses darstellen zu können, müssen die Informationen, auf denen der digitale Zwilling basiert, zuverlässig sein.

Für Stadtplaner, die beispielsweise die Effizienz einer „intelligenten Stadt“ betrachten oder wissen wollen, wie eine antike Stadt wie Rom oder London für die Zukunftstechnologie modifiziert werden kann, ist die Rolle des Building Information Modeling (BIM) von entscheidender Bedeutung.

Mit Punktwolken und raumbezogenen Daten können Architekten und Planer aktuelle und zukünftige Szenarien simulieren. Ein Beispiel dafür ist das ehrgeizige Projekt der Stadt Singapur, in dessen Rahmen ein dynamisches Stadtmodell in 3D und eine gemeinsame Datenplattform erstellt wurden. Bereits zu Beginn des Projekts, das unter dem Namen „Virtual Singapore“ bekannt wurde, standen die Entwickler allerdings vor dem Problem, dass mit Luftaufnahmen die Informationen von sogenannten „leeren Terrassen“, das heißt, offenen Flächen, die es typischerweise im Erdgeschoss der Wohnblöcke in der Stadt gibt, nicht ausreichend erfasst werden können.

Unter Zuhilfenahme der tragbaren Scanner von GeoSLAM gelang es dem Projektteam schließlich, die Geometrie dieser herausfordernden Bereiche schnell zu erfassen und die Daten zu ergänzen. Dieses Projekt wird seither von Telekommunikationsunternehmen genutzt, um die 3G- und 4G-Netzabdeckung auszubauen, um Bewegungsmuster von Verkehrsmitteln und Fußgängern zu kartieren und sogar die Notfallevakuierung von Stadien und Arenen zu planen.

Vorteile für Unternehmen

Laut einer aktuellen Umfrage von Gartner nutzen nur 13 Prozent der Unternehmen, die Projekte rund um das Internet der Dinge (IoT) durchführen, bereits digitale Zwillinge. Dabei gibt es eine Reihe weiterer Vorteile für Unternehmen jeder Größe, wenn sie die ungenutzte Spitzentechnik erfolgreich einsetzen.

Allein im Jahr 2016 investierten deutsche Unternehmen mehr als 92 Milliarden Euro in Forschung und Entwicklung (F&E), einen Großteil davon in der Privatwirtschaft. Angesichts der enormen Ausgaben in diesem Bereich könnten digitale Zwillinge weitaus effizientere F&E-Prozesse ins Rollen bringen und dazu beitragen, Planungs- und Konstruktionsfehler weitaus früher zu erkennen als mit herkömmlichen Systemen.

Letztlich haben digitale Zwillinge das Potenzial, erhebliche Risiken für Unternehmen zu beseitigen. Fortschritte in der digitalen Welt ermöglichen es Entscheidern, End-to-end-Prozesse zu visualisieren und mit dem Einsatz von maschinellem Lernen und KI auch Lösungen außerhalb der menschlichen Fähigkeiten anzubieten.

Erstellung eines Business Case

Dass die zu erwartenden Kostenvorteile für Unternehmen ein ausschlaggebendes Argument bei der Entscheidung für oder gegen den Einsatz von digitalen Zwillingen ist, überrascht kaum. Eine ServiceMax-Studie ergab, dass ungeplante Ausfallzeiten Unternehmen in allen Branchen 250.000 US-Dollar pro Stunde kosten. Bei zwei Ausfällen von durchschnittlich jeweils vier Stunden entstehen so Kosten von mehr als zwei Millionen US-Dollar.

Durch den Einsatz der Nachbildung eines physischen Vermögensgegenstandes können beispielsweise in Produktionsunternehmen und Lieferketten Trends beobachtet und vorbeugende Maßnahmen integriert werden. Das ist ein bedeutender Schritt weg von den traditionell reaktiven Maßnahmen zur Vermeidung von Ausfallzeiten und könnte die Effizienz der Produktion deutlich verbessern sowie Wartungskosten senken.

Viel bemerkenswerter ist jedoch die Tatsache, dass das Gebaute durch den Einsatz digitaler Zwillinge genau widergespiegelt werden kann. Bei den meisten Bauprojekten wird beispielsweise bei der Übergabe des Gebäudes an den Bauherrn oder eine Gebäudeverwaltungsgesellschaft keine repräsentative Bestandszeichnung erstellt.

Müssen Jahre nach der Fertigstellung wichtige Sanierungsentscheidungen getroffen werden, kann man sich nur noch auf die Eingabepläne verlassen. Dann ist es sehr wahrscheinlich, dass Teile eines Gebäudes nicht exakt nach Plan gebaut wurden. Das stellt ein enormes Risiko dar und kann zu kostspieligen Schäden führen, wenn dies bei Sanierungsarbeiten nicht bekannt ist.

Vorbereitung der Implementierung

Sobald sich ein Unternehmen für die Nutzung digitaler Zwillinge entschieden hat, sind einige wichtige Überlegungen erforderlich, um sicherzustellen, dass die Technik den größten Nutzen bringen kann. Am wichtigsten ist wahrscheinlich, dass die erforderlichen Abläufe bestehen, um Daten auf die effektivste Weise erfassen, verarbeiten und speichern zu können.

Für erfahrene Unternehmen mit effektiven, ausgereiften Arbeitsabläufen sollte das eine relativ unkomplizierte Aufgabe sein. Kleinere Unternehmen mit wenig Erfahrung bei der Implementierung derartiger Spitzentechniken könnten da schon vor einer größeren Herausforderung stehen.

Ein langfristiger Ansatz und ein klarer Plan sind ebenfalls unerlässlich. So sollten beispielsweise Unternehmensleiter sicherstellen, dass die Teams sich über die Ziele des Gesamtprojekts im Klaren sind, und anstreben, angemessene Datenmengen zu erheben. Je nach Umfang des Projekts könnte ein relativ einfacher digitaler Zwilling ausreichen. Sollte jedoch ein detaillierteres Modell erforderlich sein, kann dies einen erheblichen Einfluss darauf haben, wie viel Daten erfasst werden müssen, um das Projekt effektiv durchzuführen. Auch Kosten und Personalbedarf müssen dementsprechend kalkuliert werden.

Es besteht kein Zweifel daran, dass digitale Zwillinge für Unternehmen zahlreiche potenzielle Vorteile bieten. Abgesehen vom Bausektor und von großen Organisationen wie der NASA, hat sich die Technik bisher jedoch nur langsam durchgesetzt.

Die Herausforderung für Unternehmen besteht darin, das Potenzial dieser wertschöpfenden Technik zu nutzen. Im Mittelpunkt steht dabei die Entwicklung einer klaren Vision, wie eine digitale Nachbildung in bestehende und zukünftige Projekte passt, aber vor allem auch, wie sie sich in die Arbeitsabläufe eines Unternehmens einfügt.

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