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Was ist der Unterschied zwischen Simulation und digitalem Zwilling?

Die Simulation und die Technologie des digitalen Zwillings verwenden zwar beide virtuelle, modellbasierte Simulationen, sind aber nicht dasselbe. Das liegt daran, dass die Simulationsmöglichkeiten des traditionellen computergestützten Designs und Engineerings (CAD-CAE) zwar ideal für Produktdesignanwendungen sind, aber weniger bieten als der digitale Zwilling.

Sobald ein Produkt oder eine Anlage erstellt ist, wird das virtuelle Modell zu einem digitalen Zwilling, mit all den zusätzlichen Möglichkeiten, die sich durch den Einsatz des Internets der Dinge (IoT) ergeben. Durch die schnelle Übertragung von Datensätzen zwischen der Anlage und dem digitalen Zwilling kann der Benutzer sehen, wie das Produkt in Echtzeit funktioniert, auch durch die Anwendung zusätzlicher Funktionen wie Augmented Reality.

Im Gegensatz zur Simulation ermöglicht der Einsatz eines digitalen Zwillings, die Geschäftsstrategie voranzutreiben, um die betriebliche Effizienz zu verbessern, manuelle Aufgaben zu automatisieren und die Datenanalyse, Schulung und Validierung zu verbessern.

TWI

TWI unterstützt seine industriellen Mitglieder bei einer Reihe von schweiß- und fügetechnischen Aufgaben und Herausforderungen, einschließlich der computergestützten oder numerischen Simulation, der Verwendung von digitalen Zwillingen und der Zustands- und Strukturüberwachung.

Die industrielle Mitgliedschaft im TWI erstreckt sich derzeit auf über 600 Unternehmen weltweit und umfasst alle Industriezweige. Sie können mehr erfahren, indem Sie sich auf Englisch mit uns in Verbindung setzen:

kontakt@twi-deutschland.com

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Dieser Artikel ist Teil einer Serie mit Antworten auf häufig gestellte Fragen bezüglich Simulation und digitalen Zwillingen:

Simulation

Simulationen werden in der gesamten Industrie eingesetzt, um Produkte, Systeme, Prozesse und Konzepte zu testen. Bei Simulationen, die in der Entwurfsphase eingesetzt werden, handelt es sich häufig um digitale Modelle, die mit Hilfe von Softwareanwendungen für computergestütztes Design erstellt werden. Diese Modelle können in 2D oder 3D erstellt werden, um Teile eines Prozesses oder Produkts darzustellen, sie können aber auch auf der Grundlage mathematischer Konzepte und nicht auf der Basis von Computermodellen erstellt werden. Die Simulation funktioniert, indem verschiedene Variablen in die digitale Umgebung oder Schnittstelle eingeführt und getestet werden, um die Ergebnisse zu bewerten.

Digitaler Zwilling

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell, das ein vorhandenes physisches Objekt genau wiedergibt. Das physische Objekt ist mit Sensoren ausgestattet, die Daten über verschiedene Aspekte der Leistung des Objekts, z. B. einer Windkraftanlage, liefern. Diese Daten werden dann an ein Verarbeitungssystem weitergeleitet und auf das digitale Modell angewendet. Mit diesem digitalen Modell oder Zwilling können dann Simulationen durchgeführt, die aktuelle Leistung untersucht und potenzielle Verbesserungen erarbeitet werden, die dann wieder auf das eigentliche physische Objekt angewendet werden können. Ein digitaler Zwilling kann auch für nicht-physische Prozesse und Systeme erstellt werden, wobei der tatsächliche Prozess oder das System gespiegelt wird und Simulationen auf der Grundlage von Echtzeitdaten durchgeführt werden können.

Die Daten, die von digitalen Zwillingen verwendet werden, werden in der Regel von IoT-Geräten (Internet der Dinge) gesammelt, was die Erfassung von Informationen auf hoher Ebene ermöglicht, die dann in das virtuelle Modell integriert werden können.

Ein digitaler Zwilling ist in der Tat eine virtuelle Umgebung, in der Ideen mit wenigen Einschränkungen getestet werden können. Mit einer IoT-Plattform wird das Modell zu einem integrierten, in sich geschlossenen Zwilling, der als Informationsquelle für die Strategie eines Unternehmens genutzt werden kann.

Hauptunterschiede

Simulationen und digitale Zwillinge verwenden zwar beide digitale Modelle zur Nachbildung von Produkten und Prozessen, doch gibt es einige wesentliche Unterschiede zwischen den beiden. Der bemerkenswerteste ist, dass ein digitaler Zwilling eine virtuelle Umgebung schafft, in der mehrere Simulationen untersucht werden können, unterstützt durch Echtzeitdaten und einen wechselseitigen Informationsfluss zwischen dem Zwilling und den Sensoren, die diese Daten sammeln. Dadurch wird die Genauigkeit der analytischen Vorhersagemodelle erhöht und ein besseres Verständnis für die Verwaltung und Überwachung von Produkten, Strategien und Verfahren ermöglicht.

Klassifizierung der wichtigsten Unterschiede

Die wesentlichen Unterschiede zwischen Simulation und digitalem Zwilling lassen sich wie folgt Klassifizieren und näher erläutern:

  1. Statisch oder aktiv: Eine CAD-basierte Simulation modelliert ein Produkt oder einen Prozess, in den verschiedene Parameter oder Designelemente eingeführt und getestet werden können. Diese Art von Modell ist statisch, da es sich nicht verändert oder weiterentwickelt, es sei denn, ein Konstrukteur führt weitere Elemente ein. Ein digitaler Zwilling beginnt zwar ähnlich wie ein Simulationsmodell, aber die Einführung von Echtzeitdaten bedeutet, dass der Zwilling sich ändern und entwickeln kann, um eine aktivere Simulation zu bieten. Ein digitaler Zwilling kann sich im Laufe des Produktlebenszyklus weiterentwickeln, wenn mehr Daten gesammelt und analysiert werden, und bietet verschiedene Informationen, die bei einer statischen Simulation nicht verfügbar sind.
  2. Möglich oder tatsächlich: Eine Simulation bildet ab, was mit einem Produkt geschehen könnte, ein digitaler Zwilling hingegen, was mit einem bestimmten Produkt in der realen Welt geschieht. Jegliche Änderungen an einer Simulation beschränken sich auf die Vorstellungskraft des Konstrukteurs, der die Änderungen eingeben muss. Da ein digitaler Zwilling jedoch ein echtes Feedback bietet, kann der Konstrukteur sehen, ob das Produkt wie vorgesehen funktioniert, und dann auf der Grundlage der tatsächlichen Nutzung Verbesserungen vornehmen. Dies lässt sich von Anlagen auf andere Anwendungen übertragen, z. B. auf einen Fertigungsprozess, der anhand echter Daten bewertet werden kann, um auf veränderte Anforderungen, Bedürfnisse oder Geschäftsbedingungen zu reagieren. Der Unterschied besteht darin, dass eine Simulation theoretisch ist, während ein digitaler Zwilling spezifisch und real ist.
  3. Nach Anwendungsbereich: Der letzte wesentliche Unterschied ist der Anwendungsbereich, den Simulationen im Vergleich zu digitalen Zwillingen bieten. Eine CAD-basierte Simulation ermöglicht es den Konstrukteuren, verschiedene Szenarien anhand festgelegter Parameter zu testen, was für die Produktentwicklung von Nutzen ist. Der Anwendungsbereich eines digitalen Zwillings reicht jedoch viel weiter und umfasst alle Phasen des Lebenszyklus eines Produkts, was bedeutet, dass die Verwendungsmöglichkeiten nur auf die Daten beschränkt sind, wenn sie mit Bereichen des Geschäftsablaufs abgeglichen werden. Dieser erweiterte Anwendungsbereich bedeutet, dass der digitale Zwilling auch außerhalb der Konstruktion eingesetzt werden kann und dabei hilft, Prozesse zu verbessern und umfassendere Geschäftsentscheidungen zu treffen.

Vergleich Simulation und Digitaler Zwilling

 

Simulation

Digitaler Zwilling

Datenelemente und Interaktion

Statisch

Aktiv

Grundlage der Simulation

Potenzielle Parameter für die Prüfung

Rückmeldungen aus der realen Welt eines bestimmten Produkts/Prozesses

Umfang

Eng: hauptsächlich Konstruktion

Weit: geschäftsübergreifend

 

Vor- und Nachteile

Der digitale Zwilling bietet einen vielseitigeren und tieferen Simulationsprozess als CAD-basierte Simulationen. Zu diesen Vorteilen gehört die Möglichkeit, Echtzeitdaten über die kontinuierliche Leistung einer Anlage über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu sammeln. Ein digitaler Zwilling ist auch nicht von der Fähigkeit des Konstrukteurs abhängig, sich alle potenziellen Parameter auszudenken und zu testen, so dass sich der Konstrukteur auf die Lösung echter Probleme und die Entwicklung von Verbesserungen konzentrieren kann.

Ein digitaler Zwilling kann auch als Werkzeug für umfassendere Geschäftsentscheidungen eingesetzt werden und ist nur durch den Umfang der bereitgestellten Daten begrenzt. Darüber hinaus können digitale Zwillinge durch den Einsatz des Riot-Daten (Internet of Things) zwischen verschiedenen Systemen austauschen, um ein klareres Bild der Leistung oder zu Vergleichszwecken zu erhalten.

Die Vorteile des digitalen Zwillings gegenüber einer einfacheren, nicht integrierten CAD-basierten Simulation liegen bei der Überwachung wertvoller Produkte wie Windkraftanlagen auf der Hand. Digitale Zwillinge können jedoch kostspielig sein, da sie den Einbau von Sensoren und deren Integration mit Analysesoftware und einer Benutzeroberfläche erfordern. Aus diesem Grund werden digitale Zwillinge in der Regel nur für kritischere Anlagen oder Verfahren eingesetzt, bei denen die Kosten für ein Unternehmen vertretbar sind.

Fallstudien

Um den Unterschied zwischen Simulation und digitalem Zwilling besser zu verstehen, ist es nützlich, sich einige Fallstudien aus dem wirklichen Leben anzusehen.

Während beispielsweise eine fortschrittliche Simulation Tausende von Variablen analysieren kann, kann ein digitaler Zwilling zur Bewertung eines gesamten Lebenszyklus verwendet werden. Dies wurde von Boeing demonstriert, als digitale Zwillinge in die Konstruktion und Produktion integriert wurden, um beurteilen zu können, wie sich die Materialien während des gesamten Lebenszyklus eines Flugzeugs verhalten. Infolgedessen konnte die Qualität einiger Teile um 40 % verbessert werden.

Auch der Elektroautohersteller Tesla verwendet digitale Zwillinge in seinen Fahrzeugen, um Daten zu erfassen, die zur Optimierung des Designs, zur Verbesserung der Bemühungen um autonome Fahrzeuge, zur Erstellung von Vorhersageanalysen und zur Bereitstellung von Informationen für Wartungszwecke verwendet werden können. Dieser nicht nur theoretische, sondern tatsächliche Datenfluss in beide Richtungen könnte zu einer Zukunft führen, in der ein Fahrzeug vor einer Wartung direkt Daten an eine Werkstatt liefert, die Leistungsstatistiken, ausgetauschte Teile, Wartungsprotokolle und potenzielle Probleme, die von den Sensoren erkannt wurden, enthalten. Dies würde zu Zeit- und Kosteneinsparungen führen, da ein Mechaniker auf der Grundlage der Daten eventuellen Problemen auf den Grund gehen könnte, anstatt jedes Fahrzeug vollständig auf Probleme untersuchen zu müssen.

 

Fazit

Während Simulationen dabei helfen können zu verstehen, was in der realen Welt passieren könnte, ermöglichen digitale Zwillinge den Vergleich und die Bewertung dessen, was passieren könnte, mit dem, was tatsächlich passiert.

Diese Echtzeit-Ansicht wird in einem übersichtlichen 3D-Format dargestellt und erleichtert die Überwachung und Interpretation des Status von Projekten, Anlagen, Fließbändern und sogar Patienten im Krankenhaus. Diese vernetzte Methode zur Darstellung von Echtzeit-Einblicken kann Fehlentscheidungen verhindern, bei der vorbeugenden Wartung helfen und Unfälle oder kostspielige Ausfallzeiten reduzieren.

Die digitale Transformation von Prozessen oder Anlagen kann dazu beitragen, das Produktdesign zu verbessern, die Fehlersuche zu optimieren und neue Ideen zu liefern. Dies hängt von der Qualität der Daten ab, und hier kommen „intelligente“ Geräte und Technologien ins Spiel, die einen zuverlässigen Datenfluss in beide Richtungen ermöglichen. Die gesammelten Daten bieten Einblicke in neue Möglichkeiten zur Optimierung der realen Welt, ob es sich nun um Produkte, Prozesse oder sogar Mensch-Maschine-Interaktionen handelt.

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