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3D Digital Twins in Industrie, Maschinenbau & Anlagenplanung
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Zum Ende des 20. Jahrhunderts fragten sich NASA-Ingenieure, wie man nicht erreichbare Geräte und Maschinen am besten aus der Ferne testen und warten könnte. Aus dieser Überlegung heraus entstanden die ersten 3D Digital Twins. Sie halfen dabei, Updates genau testen zu können, bevor man sie am realen Gerät vornahm. Als sich in den 2010er-Jahren das Internet der Dinge durchsetzte und der breite Markt begann, Produkte und Dienstleistungen zu vernetzen, entdeckten auch Branchen fernab der Raumfahrt 3D Digital Twins für sich. Heute ist die Technolgie ein wichtiger Bestandteil der Industrie 4.0. Laut einer Studie des Capgemini Research Institute aus dem Sommer 2022, nutzen schon 60 Prozent der Unternehmen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, im Life-Science-Bereich sowie der Energie- und Versorgungswirtschaft die 3D Digital Twin Technologie.
Was ist ein 3D Digital Twin?
Ein 3D Digital Twin ist eine virtuelle Kopie eines Gegenstandes, der entweder bereits existiert oder sich noch in der Planungsphase befindet. In der Industrie 4.0 handelt es sich dabei um Maschinen, Anlagen und Geräte. Digital Twins sind aber auch für die Planung und Fertigung in anderen Bereichen wie Sportequipment oder Logistik von Vorteil. Mittels 3D Technologie wird ein digitales Abbild kreiert, das seinem Vorbild in allen Details entspricht – und das nicht nur optisch. Ein Digitaler Zwilling verfügt über alle Material und Funktionsinformationen des realen Gegenstandes, sodass sich reale Vorgänge genau simulieren lassen. So bieten 3D Digital Twins mittelständischen Industrieunternehmen völlig neue Möglichkeiten zu zeitlichen und finanziellen Optimierungen entlang der gesamten Prozesskette von der Produktplanung, Testung, Fertigung und Nutzung bis hin zur Überwachung und Wartung.
Wie funktionieren Digital Twins?
3D Digital Twins in der Industrie
Ein besserer Begriff für Digital Twin ist „Simulation“. Immerhin geht es bei der Technologie vor allem darum, die Funktionen und Verhaltensweise von Geräten exakt nachvollziehbar zu machen – sie zu simulieren. Dabei kommen 3D- und Konstruktionsdaten aber auch manuelle Eingaben zum Einsatz. Die fertige virtuelle Kopie kann im Industrieumfeld dann für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete zum Einsatz kommen.
Prototypentests noch vor der Fertigung
Simulationen machen es schon im Planungsprozess neuer Anlagen möglich, gezieltere Entscheidungen zu treffen. Aus welchen Materialien sollte ein Prototyp sein, welche Maße sollte er haben, welche Anschlüsse, welchen Motor? All diese Fragen können durch eine Simulation handfest beantwortet werden, noch bevor der erste Prototyp gebaut ist. Die tatsächliche Fertigung kann dann deutlich später im Prozess erfolgen
Das steigert die Wahrscheinlichkeit, dass der teure Prototyp schon sehr nahe am späteren Endprodukt ist und nicht noch einmal kostspielig nachgefertigt werden muss. Später können die simulierten Daten durch reale Daten ersetzt werden. Diese können mithilfe von Sensoren gesammelt und auch händisch ergänzt werden. Das ermöglicht Schlüsse und Vorhersagen zu Verschleiß, Auslastung und Effizienz möglich
Virtuelle Abstimmungen im Industrieumfeld
Mit einem digitalen Abbild eines realen Produktes oder Konstruktionsplanes werden ganz neue Wege der Planung und Abstimmung möglich. Auf digitale Inhalte können alle Beteiligten jederzeit und von überall aus zugreifen. Von Anfang an steht ein Prototyp in 3D zur Verfügung, anhand dessen Architekturen, Ideen und Probleme anschaulich besprochen und durchdacht werden können.
In VR Meetings bieten 3D Digital Twins die Möglichkeit von allen Teilnehmenden gleichzeitig betrachtet, vermessen und überarbeitet zu werden. Das gilt nicht nur für einzelne Produkte oder Maschinen, sondern auch für ganze Anlagen. Bis zum tatsächlichen Bau können so alle Eventualitäten schon vorab durchgespielt und abgestimmt werden. Das ermöglicht eine optimale Umsetzungszeit ohne unvorhergesehene Probleme.
Produktschulungen im laufenden Betrieb
Komplexe Produkte, Maschinen und Anlagen haben oft einen hohen Erklärungsbedarf. Anwender:innen müssen umfassend in die Nutzung eingewiesen werden, wobei auch mögliche Probleme und Besonderheiten eine Rolle spielen. Dazu stehen die Maschinen normalerweise still und erfahrenes Personal muss sich Zeit nehmen, um eine Einweisung zu geben.
Ein 3D Digital Twin macht diesen Stillstand in der Produktion unnötig. Lernende können einfach ein digitales 3D Abbild der Maschine aufrufen und sich die Anlage auch in Augmented Reality neben sich projizieren und darum herumlaufen. Animationen geben die Möglichkeit, Abläufe zu visualisieren, Probleme nachzustellen und Lösungswege vorzuführen.
Was ist eine Explosionsansicht?
Über den kompletten Aufbau einer Maschine können Explosionsansichten hervorragend Aufschluss geben. In ihnen ist jedes Bauteil, bei Bedarf bis zur kleinsten Schraube, genau benenn- und erklärbar. So können sowohl Auszubildende geschult als auch bestehendes Personal effizient und individuell weitergebildet werden. Außerdem werden Ersatzteilbestellungen erheblich vereinfacht. Wird etwas nicht sofort verstanden, kann es mehrmals betrachtet werden. Das ermöglicht Lernen im eigenen Tempo.
Digital Twins im Vertriebsprozess
Wer komplexe Maschinen und Anlagen vertreibt, kann diese nicht einfach in einen Onlineshop stellen und auf Umsätze warten. Produkte dieser Art müssen erklärt, vorgeführt und akribisch geplant werden. Ein Digital Twin gibt hier die Möglichkeit, das Gerät ortsunabhängig in 3D, Augmented Reality oder auch Virtual Reality vorzuführen.
Animationen zeigen Abläufe, Explosionsansichten veranschaulichen den Aufbau und verschiedene Annotationen können einen Teil der Erklärarbeit leisten. Mittels Augmented Reality können Kund:innen die Anlage sogar testweise bei sich aufstellen. Das bietet einen enormen Wettbewerbsvorteil gegenüber der Konkurrenz und macht viel Zeit frei, um im selben Zeitraum mehr Kunden:innen glücklich zu machen.
Vorteile 3D Digitaler Zwillinge im Überblick
Unternehmen können 3D Digitale Zwillinge vielfältig einsetzen und profitieren von enormen Zeit- und Kostenersparnissen. Im Konkreten ergeben sich folgende Vorzüge:
- Kostenersparnis durch Produkttestung noch vor Fertigung des Prototyps
- Zeitersparnis, da Abstimmungen ohne Reisen ortsunabhängig online stattfinden können
- Individuelle Produktschulungen im eigenen Tempo mit Animationen und Simulationen
- Mehr Überblick über Ersatzteile dank Explosionsansichten
- Exakte Anlagenplanung dank Augmented Reality
- Geringere Ausfallzeiten da Maschinen weniger Stillstehen müssen
Fazit
Noch vor wenigen Jahren waren 3D Digital Twins eine zukunftsweisende Technologie wie aus einem Science Fiction Film. Heute gibt es eine Vielzahl von Lösungen am Markt, die unzählige Optionen bieten. Wer konkurrenzfähig bleiben möchte, sollte sich nach passgenauen Lösung umsehen. Noch ist es möglich, sich dadurch große Vorteile in der Planung, Produktion, Wartung und Schulung zu sichern. Mit rooom ist die Erstellung von 3D Digital Twins enorm einfach. Die Verwaltung erfolgt per CMS und Änderungen sind jederzeit möglich. Auch eine Lösung für virtuelle Meetings in Virtual Reality bietet die Plattform. So haben Sie einen zentralen Ansprechpartner für Ihren Einstieg in die Industrie 4.0.
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