Diese Arbeit thematisiert den Digitalen Zwilling in der Produktion. Zunächst wird erläutert, wo der Begriff des digitalen Zwillings seinen Ursprung hat. Anschließend werden der Aufbau, die Funktionsweise und die Anforderungen für die Implementierung erklärt. Es werden zwei Fallbeispiele vorgestellt, um die möglichen Funktionsweisen und Anwendungsgebiete näher zu erläutern. Zudem wird auf die Herausforderung an die Forschung eingegangen und die möglichen Geschäftsmodelle, welche durch den digitalen Zwilling realisiert werden können. Anschließend werden die Chancen und Risiken, die sich aus dem digitalen Zwilling ergeben, erläutert.
Mit dem digitalen Zwilling können Produkte, wie auch Prozesse über einen Lebenszyklus digital abgebildet werden. Dieses kann für die Planung von Produktionslinien hilfreich sein. Es ist heutzutage von höchster Bedeutung, Projekte akkurat zu planen und auch jeglichen Mehraufwand, welcher zwangsläufig mit Mehrkosten verbunden ist, zu verhindern. Dabei könnte der digitale Zwilling durch sein breites Feld an Nutzungsmöglichkeiten eine Hilfe sein. Es können beispielsweise Produktionsanlagen noch vor der tatsächlichen Inbetriebnahme digital abgebildet und ausgetestet werden.
Der digitale Zwilling verspricht eine vielfältige Anwendbarkeit. Allerdings ist er noch nicht lange im Betrieb und auch gibt es viele Unternehmen, die ihn bis heute nicht einsetzen. Weiterhin sind Akteure in der Prozessindustrie skeptisch und fragen sich, ob der digitale Zwilling sich durchsetzen wird. Für potenzielle Anwender ist oftmals unklar, wie der digitale Zwilling die Wertschöpfung beeinflussen kann und wie Geschäftsmodelle in der digitalen Welt gestaltet werden können.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Definition des digitalen Zwillings
2.2 Aufbau und Funktionsweise
2.3 Anforderung für die Implementierung
2.4 Geschäftsmodelle
2.5 Herausforderung an die Forschung
3 Anwendung
3.1 Anwendungsgebiete
3.2 Einzelfallbeispiel 1 Produktion
3.3 Einzelfallbeispiel 2 Produktion
4 Bewertung
4.1 Chancen und Risiken
4.2 Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht das Potenzial des digitalen Zwillings zur Transformation der klassischen Produktionsplanung, indem sie seine Merkmale analysiert und den technologischen Mehrwert anhand praktischer Anwendungsbeispiele aufzeigt.
- Grundlagen und Definition des digitalen Zwillings
- Anforderungen an die Implementierung in der Industrie
- Integration digitaler Zwillinge in Geschäftsmodelle
- Praktische Anwendungsfälle in der Produktion (VISPI & Smart Products)
- Chancen, Risiken und künftige Forschungsherausforderungen
Auszug aus dem Buch
3.2 Einzelfallbeispiel 1 Produktion
Das Fraunhofer Institut hat ein Projekt namens VISPI ins Leben gerufen. In diesem Projekt wird eine Simulationssoftware für virtuelles Spinnen kreiert. Das Spinnen gehört dabei zu einer der ältesten Fertigungsverfahren der Menschheit. In Europa gibt es nur noch wenige Unternehmen, die Fasern zu einem Garn verarbeiten. Durch die Globalisierung und die Nutzung von Standortvorteilen wird der Großteil mittlerweile in China produziert. Nach dem Branchenreport „Chemiefaserindustrie in Deutschland (2015)“ wurden bereits 2013 zwei Drittel der gesamten Chemiefasermenge in China produziert. Deutsche Faserhersteller versuchen sich, international gegen Asien zu behaupten. Dabei setzen Sie auf Neuentwicklungen mit hoher Wertschöpfung, um höhere Qualität als die Mitbewerber zu produzieren. Allerdings wird es zunehmend schwieriger, auf experimenteller Basis die Produkt- und Prozessinnovationen voranzutreiben. Dies ist der Grund, weshalb ein zunehmender Virtualisierungstrend zu beobachten ist.30 Der digitale Zwilling soll dabei helfen Experimente einzusparen und neue Einblicke zu geben. Weiterhin soll er Upscaling-Probleme lösen und gravierende Fehlinvestitionen beim Übergang von der Labor- zur Industrieanlage verhindern. Aktuell ist die Simulationsfähigkeit von Spinnprozessen noch auf Forschungseinrichtungen beschränkt, da dieser Prozess hoch komplex ist.
Der Prozess für das synthetische Spinnen sieht wie folgt aus:
- Geschmolzene oder gelöste Spinnmasse durch feine Düsen pressen
- Anschließend zu Fasern versponnen
- Aushärten durch eine Kaltluftströmung oder Spinnbad
Zu den aktuellen Verfahren gehören Schmelzspinnen, Lösungsspinnen, Gelspinnen und Dispersionsspinnen. Die folgende Abbildung zeigt anhand des Schmelzspinnens, welche Prozesse durch die Simulation abgebildet werden müssen.31
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Relevanz des digitalen Zwillings im Kontext der Industrie 4.0 und führt in die zentrale Forschungsfrage der Arbeit ein.
2 Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel definiert den digitalen Zwilling, beschreibt dessen Aufbau sowie notwendige Implementierungsvoraussetzungen und diskutiert forschungsrelevante Herausforderungen.
3 Anwendung: Anhand von zwei Fallbeispielen aus der industriellen Produktion wird die praktische Umsetzung und der Nutzen digitaler Zwillinge in realen Szenarien illustriert.
4 Bewertung: Das abschließende Kapitel analysiert die Chancen und Risiken dieser Technologie und zieht ein Fazit über das revolutionäre Potenzial für die Produktionsplanung.
Schlüsselwörter
Digitaler Zwilling, Industrie 4.0, Produktionsplanung, Simulation, Cyberphysische Systeme, Datenmodell, Wertschöpfung, Predictive Maintenance, Fertigungsprozesse, Prozessoptimierung, Virtualisierung, Anlagenmodell, Digitales Abbild.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt das Konzept des digitalen Zwillings und dessen Rolle bei der Digitalisierung industrieller Prozesse, insbesondere in der Produktion.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der theoretischen Definition, den Anforderungen an die technische Implementierung, der Einbettung in Geschäftsmodelle sowie der praktischen Anwendung mittels Simulation.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, die spezifischen Merkmale des digitalen Zwillings zu identifizieren und zu beurteilen, inwieweit er die klassische Produktionsplanung grundlegend verändern kann.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Die Recherche basiert auf einer fundierten Auswertung aktueller wissenschaftlicher Berichte, Studien und Fachliteratur aus dem Bereich der Technik und Betriebswirtschaft.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen, Anforderungen, Anwendungsgebiete und eine detaillierte Betrachtung von zwei Fallbeispielen zur Simulation in der Produktion.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Kernbegriffe sind Digitaler Zwilling, Industrie 4.0, Produktionsplanung, Simulation, Prozessoptimierung und Predictive Maintenance.
Wie unterscheidet sich der digitale Zwilling von einfachen Simulationsmodellen?
Der digitale Zwilling zeichnet sich durch eine intelligente Verbindung zum realen Produkt oder Prozess aus, die über den gesamten Lebenszyklus hinweg Daten widerspiegelt und kontinuierlich verarbeitet.
Welche Rolle spielt das Projekt VISPI in der Analyse?
Das Projekt VISPI dient als konkretes Einzelfallbeispiel, um die Möglichkeiten der virtuellen Simulation bei komplexen Spinnverfahren in der Industrie aufzuzeigen.
Warum wird die Standardisierung von Schnittstellen als kritisch eingestuft?
Ohne einheitliche Standards ist der Datenaustausch zwischen Werkzeugen verschiedener Hersteller zu zeit- und kostenintensiv, was die breite Implementierung eines digitalen Gesamtanlagenmodells erschwert.
- Arbeit zitieren
- Manuel Reinfeld (Autor:in), 2019, Digitaler Zwilling in der Produktion. Kann der digitale Zwilling die klassische Produktionsplanung revolutionieren?, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/512425
