Der Zauberspiegel trifft auf Industrie 4.0

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Das erstmals in den 1960er Jahren entwickelte Konzept des digitalen Zwillings erfreut sich heute großer Beliebtheit und wird in einigen Industriezweigen als Revolution gefeiert. Doch wie funktionieren digitale Zwillinge – und wie nutzen wir sie bei Thales?

Beginnen wir mit einer Definition. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung einer physischen Einheit, eines Objekts, eines Prozesses – oder sogar eines gesamten Systems – und kann durch die Visualisierung, Analyse und Manipulation von Daten zur Bereitstellung von Erkenntnissen und zur Unterstützung von Entscheidungen verwendet werden.

Im Gegensatz zu Simulationssystemen verfügt ein digitaler Zwilling über ein physisches Gegenstück, das über einen Datenfeed verbunden ist und mit dem er Verhaltensweisen und Eigenschaften teilt. Um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen, können digitale Zwillinge in jeder Phase des Lebenszyklus eines Systems von Daten und Informationen profitieren und diese wiederverwenden und so in jeder Phase wertvolle Erkenntnisse, Kostensenkungen, Qualitätsverbesserungen und Risikominderungen ermöglichen.

Zunächst kleinskaliert und ein einzelnes Produkt wie ein Düsentriebwerk darstellend, können digitale Zwillinge heute ein komplettes, komplexes System wie ein Flugzeug, ein Gebäude oder eine Produktionslinie modellieren – oder sogar unseren gesamten Planeten, wie wir weiter unten sehen werden.

Das Konzept wurde erstmals in den 1960er Jahren von der NASA für das amerikanische Raumfahrtprogramm entwickelt, und seine größte Errungenschaft sollte 1970 mit der Rettung der Besatzung der Apollo-13-Mission erzielt werden.

NASA-Ingenieure verwendeten Simulatoren, um den Betrieb aller Hauptkomponenten des Weltraummoduls nachzubilden. Diese Simulatoren wurden von einem Computernetzwerk gesteuert und konnten mit Live-Daten des Raumfahrzeugs synchronisiert werden. Und es war vor allem diesen vernetzten digitalen Duplikaten zu verdanken, dass die Teams am Boden und im Weltraum zusammenarbeiten konnten, um das Problem zu identifizieren und die Mission zu retten. Ihre Leistung war umso bemerkenswerter, als sie nicht nur einen digitalen Zwilling verwendeten, sondern ein Netzwerk digitaler Zwillinge, die jeweils auf einem unabhängigen Simulationssystem basieren und mit allen anderen interagieren können.

Heute hat diese Technologie durch Fortschritte in der Konnektivität, Datenverarbeitung und künstlichen Intelligenz ein neues Niveau erreicht.

Die Folgen für die Industrie sind klar. Anstatt ein physisches Produkt herzustellen und einer Reihe von Tests zu unterziehen, kann sein digitaler Zwilling verwendet werden, um seine Leistung zu analysieren und zu verbessern und etwaige Probleme oder Ausfälle vorherzusehen. Darüber hinaus können Menschen an anderen Standorten holografische Headsets verwenden, um sich mit einem Produkt vertraut zu machen und zu sehen, wie es funktioniert. Und was für ein einzelnes Produkt gilt, gilt auch für ein System, ein Netzwerk, eine Fabrik oder sogar eine gesamte Lieferkette.

Angebot für digitale Zwillingeeine Vielzahl potenzieller Vorteile in vielen Industriezweigen: Energie, Transport, Stadtplanung für Smart-City-Projekte, Automobiltechnik und Gesundheitswesen (zum Testen von Behandlungen an einem virtuellen Patienten, zur Simulation komplexer Verfahren oder zur Verbesserung der Qualität von Prothesen).

Heute ist Thales führend darin, die Möglichkeiten dieser Technologie auszuschöpfen und sogar ihre Grenzen zu verschieben. Seine Ingenieursteams sind Vordenker im Bereich digitaler Zwillinge und verbessern das Konzept des digitalen Zwillings seit vielen Jahren schrittweise. Digitale Zwillinge von Thales vereinen sichsynthetische High-Fidelity-Umgebung s mit leistungsstarken modellbasierten Systemtechnik-, Datenwissenschafts- und maschinellen Lernfunktionen, die eine wachsende Anzahl von Produkten auf den Markt bringen. Heute verstärkt der Konzern den Einsatz digitaler Zwillinge in allen Unternehmensbereichen. Hier nur einige Beispiele:

Um die Effizienz unserer Entwicklungsteams zu steigern, nutzt das Multiphysics DigitalTwin-Projekt virtuelles Prototyping, um Hardware-Unterbaugruppen in jeder Phase des Entwicklungsprozesses zu optimieren, vom ersten Entwurf bis zur Funktionsvalidierung, bevor tatsächlich physische Prototypen gebaut werden.

„Digitale Zwillinge beschleunigen die Entwicklungs- und Integrationsphasen und erleichtern die Modellierung und Integration eines kompletten Systems“, sagt Christophe Dumas, Chief Operating Officer, Secure Communications and Information Systems. „So gehen wir beispielsweise die Entwicklung von MELISSA an, der sicheren Satellitenkommunikationslösung, die Thales für französische Militärbetankungsflugzeuge bereitstellt.“

Digitale Zwillinge haben also eindeutig großes Potenzial für die Schulung von Nutzern militärischer Systeme sowie ziviler Systeme wie Flugsicherung und unbemanntes Verkehrsmanagement. Thales nutzte einen digitalen Zwilling, um das zu entwickelnVetronik(Fahrzeugelektronik) für die neuen Mehrzweck-Panzerfahrzeuge der französischen Armee im Rahmen derSkorpionProgramm.

Über die Schulung hinaus arbeitet Thales mit dem britischen Verteidigungsministerium zusammen, um die digitale Transformation von Test- und Evaluierungsaktivitäten zu unterstützen, und entwickelt im Rahmen dessen das Konzept der digitalen Zwillinge von TestbereichenTesten und bewerten Sie zukünftige Programme . Die Entwicklung digitaler Zwillinge von Testbereichen ermöglicht die Durchführung eines großen Teils der Test- und Evaluierungsaktivitäten (T&E) im digitalen Bereich, was zu schnelleren, kostengünstigeren und sicheren Tests führt und über T&E hinaus zur Akzeptanz in T&E für die Leistungsfähigkeit übergeht.

Das Vereinigte KönigreichZukünftige Flugherausforderung1 ist ein weiteres Beispiel dafür, wie reale und synthetische Fähigkeiten kombiniert werden können, um komplexe Probleme zu lösen. Als Teil des Airspace of the Future-Konsortiums hilft Thales bei der Entwicklung eines digitalen Zwillings des National Beyond Visual Line of Sight Experimentation Corridor. Das Projekt zielt darauf ab, einen sicheren und separaten Korridor für verschiedene Arten kommerzieller Drohnen und Luftmobilitätsfahrzeuge zu schaffen.

Das spektakulärste Beispiel für ein digitales Zwillingsprojekt ist zweifellosZiel Erde , eine ehrgeizige Initiative der Europäischen Union zur Schaffung eines digitalen Zwillings der Erde. Dieser Avatar wird verwendet, um die Auswirkungen natürlicher und menschlicher Aktivitäten auf unserem Planeten zu überwachen, Extremereignisse zu antizipieren und politische Entscheidungen zu treffen, während sich die Welt den klimabedingten Herausforderungen stellt.

Thales Alenia Space arbeitet mit Serco, dem Konsortialführer, an der Implementierung der DestinE-Serviceplattform, einer Schlüsselkomponente des Projekts, für die Europäische Weltraumorganisation.

Durch die Kombination innovativer Modelle des Erdsystems mit modernsten Computerfunktionen, Satellitendaten und maschinellen Lerntechniken wird DestinE den Benutzern dies ermöglichenErforschen Sie die Auswirkungen des Klimawandelsauf den verschiedenen Komponenten – Geosphäre, Biosphäre, Kryosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre – und um Strategien zur Anpassung an diese Veränderungen oder zur Abschwächung ihrer Auswirkungen zu entwickeln.

Die digitalen Zwillinge von Destination Earth werden das komplexe System unseres Planeten nachbilden und dabei auf menschliches Wissen in Bereichen wie Naturkatastrophenschutz, Anpassung an den Klimawandel, Meereswissenschaften und Biodiversität zurückgreifen. Das ultimative Ziel des Projekts ist es, alle diese digitalen Nachbildungen zu integrierenein umfassender digitaler Zwilling des gesamten Erdsystems.

Lesen Sie die Pressemitteilung von Thales Alenia Space, um mehr über DestinE zu erfahren.

1 Die Future Flight Challenge-Initiative des britischen Forschungs- und Innovationsnetzwerks zielt darauf ab, den Flugpassagier- und Frachttransport zu verändern. Der Fokus liegt insbesondere auf elektrischen und autonomen Flugtechnologien für Drohnen, Urban Air Mobility Vehicles und Hybrid-Elektroflugzeugen für den Regionalverkehr. Die Luftfahrt der Zukunft muss in ein Gesamtsystem integriert werden, das Bodeninfrastruktur, Vorschriften und Verkehrskontrollsysteme umfasst.