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Ausgewählte Ausgabe: 11-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Neue Stufe technischer Einblicke mit dem digitalen Zwilling

Heute sind die meisten Produktentwickler auf den Einsatz von Simulationen angewiesen, um Innovationen zu schaffen und Lösungen schnell sowie kosteneffizient auf den Markt zu bringen. Indem sie ihre Entwürfe in einer preiswerten, risikofreien digitalen Welt einer Reihe virtueller Einflüsse aussetzen, können Ingenieure die Leistung optimieren, die Produkte den Zielgruppen schneller anbieten und Investitionen minimieren. Im Rückblick betrachtet hatte die Simulation primär eine Entwicklungsfunktion – der „digitale Zwilling“ verspricht jedoch inzwischen vielfachen Nutzen über die Entwicklung hinaus für den gesamten Produkt-Lebenszyklus.


Bild 1.  Der „digitale Zwilling“ erlaubt Studien unter realistischen Betriebsbedingungen in einer einzigartigen Arbeitsumgebung.

Bild 1.
Der „digitale Zwilling“ erlaubt Studien unter realistischen Betriebsbedingungen in einer einzigartigen Arbeitsumgebung.

Der digitale Zwilling (englisch: Digital Twin) ist die Kombination aller verfügbaren digitalen Informationen über ein spezifisches Produkt mit einer Live-Übertragung von Betriebsdaten, die das Produkt im Einsatz sammelt. Erst die Verbindung aus physikalischem Verständnis und analytischer Methodik liefert Einblicke, die den echten Wert eines digitalen Zwillings aufzeigen. Damit können Ingenieure ein Verständnis für die Fehler-Modi von Produkten entwickeln, ungeplante Ausfallzeiten verhindern, die Produktperformance steigern und sie auch in die nächste Produktgeneration einfließen lassen, Bild 1.

Produkte und Prozesse besser analysieren

Der Digital Twin integriert wirksam Skalen überschreitende Simulationen von detaillierter 3D-Physik bis hin zu reduzierten Modellen (reduced order models – ROMs) zur Minimierung der Rechenzeit und zur Demonstration von Schlüsselaspekten der Produktperformance. So kann zum Beispiel der digitale Zwilling einer in einem Kraftwerk installierten Gasturbine so entworfen werden, dass Energieeffizienz, Emissionen, Schaufelverschleiß oder andere für den Betreiber und die Entwickler wichtige Features hervorgehoben werden.
Durch Studien am digitalen Zwilling können Ingenieure alle Performance-Probleme „an der Wurzel greifen“, die Leistung optimieren, Wartungstermine besser voraussagen, unterschiedliche Kontrollstrategien evaluieren und die Betriebskosten minimieren – und das nahezu in Echtzeit. Dies wird zunehmend wichtiger, seit die Kunden umdenken: von einer produktorientierten hin zu einer ergebnisorientierten Anschaffung und in diesem Zuge das Erfolgsrisiko an die Produktentwickler weiterreichen.

ZB Bild 2 Ansys links Hero image.jpg BU

Bild 2. Die real mit dem „Digital Twin“ gesammelten Erkenntnisse können zukünftige Entwürfe beschleunigen und führen zu einer kontinuierlichen Produktverbesserung.

„Einer der aufregendsten Aspekte des Digital Twin ist, dass wir nun ein individuelles Produktsystem – zum Beispiel ein Windrad, Bild 2 – betrachten und genau dieses eine Produkt abgrenzen können. Wir reden nicht über Windräder im Allgemeinen, sondern über genau dieses eine Windrad“, unterstreicht Marc-Thomas Schmidt, Chefentwickler der „Predix“-Analytics-Plattform von GE Digital mit deutschem Stammsitz in Frankfurt am Main (www.ge.com/digital). „Wir können die Wettermuster analysieren, die darauf einwirken, den Anstellwinkel der Rotorblätter, seine Ausgangsleistung und genau diese eine Maschine im Betrieb optimieren. Wenn wir dies für unseren ganzen Maschinenpark machen, muss man sich den Einfluss auf den gesamten Produkterfolg vorstellen. Dies bedeutet geradezu eine Revolution in der Produktentwicklung.“

Vermarktung des Internets der Dinge

Digital Twins wurden erst durch eine Reihe technischer Entwicklungen möglich, wie der Verbesserung der Simulationssoftware, der Hardware und der Rechenleistung. Zur wichtigsten Schlüsseltechnologie wurde das Internet der Dinge (Internet of Things – IoT). Die Auswirkungen des IoT auf unser tägliches Leben sind bereits gut dokumentiert worden, gleichzeitig nimmt das Wachstum beim Absatz von Verbrauchsgeräten nicht ab. So wird erwartet, dass die jährlichen Verkaufserlöse für Kommunikationsgeräte bis 2025 elf Billionen US-Dollar erreichen werden.
In der Industrie verlief die Kapitalisierung des Internets der Dinge langsamer. Während frühe Anwendungen simpel waren – zum Beispiel das Ein- und Ausschalten eines Teils des Equipments –, beginnt die Geschäftswelt heute die enormen Chancen und das große strategische Potential zu erkennen, mittels IoT Geräte-Daten in Echtzeit zu erfassen.
Dank relativ preiswerter Sensoren in bereits im Betrieb befindlichen Produkten, heben Ingenieure den „Schatz“ ständig fließender Leistungsdaten. Die Kombination aus neuen Informationen mit den Vorzügen physik-basierter Simulationen, erlaubt Ingenieurteams jegliche Leistungsprobleme zu untersuchen, den Bedarf an Reparaturen und Wartung vorherzusehen sowie sicherzustellen, zukünftige Produktversionen für die täglichen Betriebsbedingungen zu optimieren, Bild 3.

Bild 3.  Die Nachbildung eines Systems oder Fahrzeugs gestattet es Ingenieuren, in einer digitalen Umgebung Probleme zu identifizieren, bevor sie in der Realität auftreten.

Bild 3.
Die Nachbildung eines Systems oder Fahrzeugs gestattet es Ingenieuren, in einer digitalen Umgebung Probleme zu identifizieren, bevor sie in der Realität auftreten.

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Autoren

 Eric Bantégnie

Vice President & General Manager Ansys Systems Business Unit in Paris/F.

 Sudhir Sharma

Director High-Tech Industry Marketing bei Ansys in Concord, Massachusetts/USA.

Simulationen...

... auf Hightech-Niveau

Die 1970 gegründete Ansys, Inc. hat ihre Firmenzentrale südlich  von  Pittsburgh/USA  und  beschäftigt  heute  rund 2700 Fachkräfte, darunter viele Experten in Engineering-Bereichen wie der Strukturmechanik, numerischen Strömungsmechanik,  Elektronik  und  Elektromagnetik,  Design-Optimierung,  Embedded  Software  sowie  Systems Engineering.  Die  Ansys-Software  unterstützt  Kunden durch  schnelle,  genaue  und  verlässliche  Simulationen,  ihre  komplexen  Design-Herausforderungen  in  der  Produktentwicklung  klar  zu  strukturieren  und  mit  hohem Erkenntnisgewinn zu bewältigen. In diesem Zuge erlaubt die Ansys-Technologie, dass Unternehmen mit hoher Sicherheit vorhersagen können, ob ihre Produkte im Alltag Erfolg haben werden. Der Anbieter unterhält weltweit mehr als 75 Vertriebsstandorte sowie ein Netzwerk von Vertriebspartnern in über 40 Ländern. Deutsche Niederlassungen  gibt  es  in  Darmstadt, Hannover,  Berlin  und Otterfing bei München.
Ansys Germany GmbH, Staudenfeldweg 20,  
83624 Otterfing, Tel. 08024 / 9054-0,  
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Internet: www.ansys-germany.com

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