Digital Twin Use Cases

Für digital Twins gibt es in der Praxis viele Anwendungsfälle. In diesem Beitrag besprechen wir einige dieser digital Twin Use Cases.

Use Case 1: Digital Twin in der Fertigung

Was den geschäftlichen Nutzen betrifft, so hilft der digital Twin zum Beispiel von einem Flugzeug bei der vorausschauenden Wartung, der Betriebseffizienz (z. B. Treibstoffeffizienz) und der Entwicklung von Strategien für die Wartung von Anlagen. In Anbetracht der Tatsache, dass die Lebensdauer eines Flugzeugs oft mehrere Jahrzehnte beträgt und die Wartungskosten während der gesamten Lebensdauer die ursprünglichen Kosten des Flugzeugs übersteigen können, sind dies entscheidende Vorteile, die sich aus dem Einsatz von digital Twins ergeben.

Ein Verkehrsflugzeug besteht aus mehreren Zulieferteilen wie Motoren, Fahrwerk usw. Daher ist der digital Twin eines Flugzeugs ein Zusammenschluss aus digital Twins dieser Teile. (Mehr Infos zu zusammengesetzten digital Twins finden Sie hier.) Die Fluggesellschaften sind die Betreiber, die das Flugzeug in der Regel von dem Unternehmen kaufen oder leasen, das für das gesamte Flugzeug verantwortlich ist. Folglich liegt der digital Twin des Flugzeugs zum Zeitpunkt der Auslieferung in der Verantwortung des Flugzeugherstellers. Der Hersteller wiederum würde sich auf digital Twins wichtiger Teile wie Triebwerke beim Triebwerkshersteller verlassen. Diese digital Twins sollten in der Lage sein, auf einer einzigen oder interoperablen Plattform zusammenzuarbeiten.

Use Case 2: Digital Twin in der Prozessautomatisierung

Der digital Twin einer chemischen Produktcharge vereinigt alle erforderlichen Informationen dieser Produktcharge. Die Informationen, die von Interesse sind, sind die Produktionsparameter (wie Temperatur, Druck und Feuchtigkeit) während der Produktion der spezifischen Charge. Der digital Twin liefert Informationen zur Überwachung der relevanten Aspekte (Viskosität, pH-Wert und Aggregatzustand) des aktuellen Produktzustandes. Auf der Grundlage dieser Daten können Simulationen durchgeführt werden, um die optimalen Produktionsparameter für die weiteren Verarbeitungsschritte vorherzusagen und die geplante Produktqualität zu gewährleisten.

Veränderungen der Produkteigenschaften können protokolliert werden, was es ermöglicht, Überschreitungen von qualitätskritischen Werten zeitlich und örtlich zurückzuverfolgen und so die Ursache zu identifizieren. Diese Funktionalitäten machen den digital Twin eines Produktes zu einem wichtigen Bestandteil des Qualitätsmanagementprozesses.

Da der digital Twin einer chemischen Produktcharge Einblick in die Datenhistorie dieser Charge gewährt, kann er zusätzlich zum realen Produkt an den Kunden geliefert werden. Die gewonnenen Daten unterstützen den Kunden bei weiteren Verarbeitungsschritten oder bei der Endanwendung.

In diesem Szenario bringen digital Twins folgenden Nutzen für Unternehmen:

  • Transparenz und Rückverfolgbarkeit von Produktionsparametern können bei Regressansprüchen genutzt werden.
  • Schlechte Produktqualität kann direkt erkannt werden, was die Durchführung weiterer teurer Produktionsschritte verhindert.
  • Die Analyse von Produktqualität und vorgelagerten Produktionsparametern führt zu weiterem Wissen in der Produktion.
  • Die Gesamtproduktqualität kann durch intelligente Simulation von Produktionsparametern verbessert werden.

Use Case 3: Digital Twin in der Energie- und Versorgungswirtschaft

Im Pelletierungsprozess ist eine effektive Steuerung der Ofenausrüstung und der Anlage erforderlich, um eine hohe Ofenproduktivität und Energieeffizienz zu erreichen und die Qualitätsanforderungen zu erfüllen.

Der digital Twin eines Pelletierungsofens arbeitet mit dem dezentralen Steuerungssystem der Anlage zusammen. Dieser digital Twin wird dann eingesetzt, um den Betrieb kontinuierlich in Echtzeit zu optimieren, indem dem Bediener optimale Sollwerte vorgeschlagen werden. Der digitale Zwilling umfasst eine Daten- und Informationsvorverarbeitung, ein Simulationsmodell des Anlagenverhaltens sowie selbstlernende Module und Entscheidungen.

In diesem Szenario bringen digital Twins die folgenden Geschäftswerte:

  • Echtzeit-Optimierung der wichtigsten Steuerungsparameter.
  • Die Echtzeitberechnung verschiedener Qualitätsparameter hilft den Betreibern, schnelle und genaue Entscheidungen zu treffen, ohne dass sie auf Laborproben und Annahmen angewiesen sind.

Use Case 4: Digital Twin im Bergbau

Der digital Twin für einen Bergbaubetrieb enthält die Informationen, die für optimale Entscheidungen in Bezug auf die Instandhaltung benötigt werden, unabhängig davon, ob es sich um zustandsbasierte oder vorausschauende Maßnahmen handelt. Darüber hinaus liefert er Informationen zur Priorisierung von Arbeitsaufträgen auf der Grundlage der tatsächlichen Anlagenzustandsparameter und -metriken.

In diesem Szenario bringen digital Twins folgende Vorteile:

  • Die Fähigkeit, die mittlere Zeit zwischen Ausfällen und die mittlere Zeit bis zum Ausfall zu verbessern, um das Asset Performance Management des Bergwerks zu unterstützen. Dies ist möglich, da die Informationen näher an der Echtzeit verfügbar sind als bisher. Durch die Kombination mit Schlüsselinformationen aus dem EAM-System werden verschiedene Systeminformationen in einem digitalen Zwilling zusammengeführt, um die Entscheidungsfindung zu unterstützen. So wird das volle Potenzial der Bergwerke ausgeschöpft, um Anlagenverluste aufgrund von Wartungsproblemen zu minimieren.
  • Die Genauigkeit der Planung wird erhöht, was wiederum den Übergang zu einer zustandsorientierten Überwachung und schließlich zu einer vorausschauenden Überwachung der Anlagen unterstützt.
  • Es senkt die Gesamtkosten durch mehr Transparenz in Bezug auf den Anlagenzustand und die Wartungspläne.

Use Case 5: Digital Twin in Öl- und Gas-Industrie

Der digital Twin zur Überwachung des Untergrunds für den Lebenszyklus einer Ölbohrung beginnt in der Explorationsphase. Dabei werden Simulationsmodelle auf der Grundlage seismischer und anderer Untergrunddaten verwendet, um eine Bohrung einzuleiten. Der digitale Zwilling für die Überwachung des Untergrunds ist ein zusammengesetztes System (Mehr dazu finden Sie in diesem Beitrag: ). Das Bohrmodell besteht aus vier einzigartigen, unabhängigen Elementen, von denen jedes für sich ein zusammengesetzter digital Twin ist. Dabei handelt es sich um den Untergrund, das Bohrloch, die Bohranlage und die Oberflächenausrüstung. Der Untergrund wiederum besteht aus der umgebenden Geologie, der Lagerstätte und den bohrlochnahen Formationen. Diese vier integrierten primären Datenelemente sind Beispiele dafür, was modelliert werden muss, um die Zielfunktionen abzuleiten, die während des Bohrlochbaus auszuführen sind:

  • Bohrlochtrajektorie
  • Bohrstrangphysik
  • Druckkontrolle (Spülungseigenschaften)
  • Zusammensetzung und Integrität des Reservoirs (in der Nähe des Bohrlochs)

Der digital Twin für die Überwachung von Bohrlöchern unter der Erdoberfläche bietet die folgenden Geschäftsvorteile:

  • Er bietet einen Mechanismus zur Bewertung von Strategien zur Kostensenkung, zur Optimierung des Bohrlochbetriebs und der Anlagenproduktion. Diese digital Twins ermöglichen ein besseres Verständnis der finanziellen, technischen und betrieblichen Parameter, um Bohrungen in Echtzeit zu verwalten.
  • Der digital Twin für die Überwachung von Bohrlöchern kann den Gesamtindex für die Bohrlochintegrität und die Bohrlochbauprozesse verbessern, indem er die Entwicklung effizienter und flexibler Arbeitsabläufe beim Bau von Bohrlöchern unterstützt und die Entscheidungsfindung für die lohnendsten Alternativen bei Exploration, Bohrung, Fertigstellung und Produktion erleichtert.

Fazit

Digital Twins haben eine wichtige Position in industriellen Systemen und können in vielen verschiedenen Einsatzszenarien angewendet werden. Gerade um die Effizienz der aktuellen Anwendungsfälle zu steigern ist es wichtig, die verschiedenen Möglichkeiten, aber auch grundlegende technische Aspekte von digital Twins zu kennen. Mehr Informationen zum Aufbau und unterschiedlichen Qualitätsanforderungen der digital Twins erhalten Sie hier.

Falls auch Sie einen digital Twin umsetzten oder verbessern möchten kontaktieren Sie uns gerne.

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