Von Jeremy Cook
Das Konzept digitaler Zwilling ist eine neue Art der Darstellung von „Dingen“. Aber wie sind wir hierhin gekommen? Und wie kommen wir in eine Zukunft des digitalen Zwillings im Ingenieurwesen?
Wenn Sie Mitte der 1980er Jahre oder früher eine Ingenieurschule besucht haben, wurde Ihnen wahrscheinlich beigebracht, wie man zweidimensionale technische Zeichnungen auf gedrucktem Papier erstellt und interpretiert. In den 1990er und frühen 2000er Jahren konnte die gleiche Art von 2D-Zeichnungen mit 2D-CAD-Programmen erstellt werden, vor allem mit AutoCAD. Dies beschleunigte zwar den Entwurfsprozess, aber die wirkliche Revolution bei der Digitalisierung von Entwürfen kam mit der Verbreitung von 3D-CAD-Software wie SolidWorks und Pro Engineer.
Solid Modelling war ein enormer Fortschritt, der es Ingenieuren ermöglichte, die Abmessungen von Objekten genauer darzustellen und Simulationen wie die Finite-Elemente-Analyse durchzuführen. Es ermöglichte auch eine bessere Integration mit CNC-Maschinen und schließlich 3D-Druck. Die Integration der Technologie des digitalen Zwillings wird die Art und Weise, wie Ingenieure an Entwürfen arbeiten und diese optimieren, weiter revolutionieren.
Digitale Zwillingstechnologie im Ingenieurwesen
Ein digitaler Zwilling ist ein Container für Informationen, der im Idealfall alle relativen aktuellen und historischen Daten zu einem realen oder theoretischen Ding erfasst. Die Daten werden während der Herstellung erfasst und IoT-Technologie wird verwendet, um den Zustand eines Dings weiter zu überwachen und seinen jeweiligen digitalen Zwilling – d. h. eine digitale Zwillingsinstanz – entsprechend zu aktualisieren.
Obwohl es sich nicht eigentlich um eine Simulation handelt, können digitale Zwillingsdaten in einer Simulation verwendet werden. Die augenblicklichen Eigenschaften des Dings (oder sogar Eigenschaften aus der Vergangenheit) können in eine simulierte Umgebung eingegeben und mit virtuellen externen Eingaben getestet werden, um festzustellen, wie es reagieren wird. Ingenieure können ihre Entwürfe entwerfen, testen und verfeinern, bevor sie etwas physisch herstellen, möglicherweise mit Hilfe von KI.
Digitale Zwillinge, AR und das Metaversum
Sobald ein Entwurf in der Praxis eingesetzt wird, kann das IoT-Feedback genutzt werden, um Statistiken über seine Leistung zu erhalten. Diese Daten, die möglicherweise mit Daten aus anderen Zwillingsinstanzen kombiniert werden, können das Design auf der Grundlage von Feedback aus der realen Welt weiter verfeinern. Dies kann auch bei der echten vorausschauenden Wartung helfen, die auf der Grundlage des tatsächlichen Zustands einer Sache und nicht nach einem festgelegten Zeitplan durchgeführt wird. Auf diese Weise müssen keine unnötigen Wartungsarbeiten ausgeführt werden, während gleichzeitig eine reaktive Wartung als Reaktion auf Maschinenfehlfunktionen weitgehend vermieden wird.
Die Nutzung der Daten des digitalen Zwillings kann durch Konzepte des Metaversums, zusammen mit VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality) und XR (Extended Reality) erweitert werden, je nach Bedarf. Stellen Sie sich vor, dass Sie in der Entwurfsphase mit Kollegen in einer Umgebung im Metaversum in eine Szene treten können, um ein Ding oder ein Szenario zu visualisieren und zu verbessern. Sobald ein virtuelles Ding physisch gebaut und eingesetzt wurde, könnten Techniker mit einem AR-Headset auf einer Maschine laufenden Code, Temperaturdaten, Handbücher und vieles mehr zu überlagern, während sie metaphorisch… oder buchstäblich einen Schraubenschlüssel nach den genauen Spezifikationen ansetzen.
Digitale Zwillingstechnologie und zukünftige Ingenieurausbildung
Mit der Verbreitung von Konzepten wie digitalen Zwillingen, KI, AR und dem Metaversum könnte man auf die Idee kommen, dass der Bedarf an Ingenieuren abnehmen wird, oder dass die grundlegende Physik-, Chemie- und Mathematikausbildung, die wir heute als selbstverständlich ansehen, in Zukunft eine weniger große Rolle spielen könnte. Auch wenn die hier beschriebenen Konzepte die Rolle, die Techniker spielen, stark erweitern könnten, müssen Ingenieure dennoch verstehen, wie sich digitale Zwillinge und die von ihnen repräsentierten Dinge verhalten. Dann können sie die richtigen Inputs anwenden und verstehen, welche Outputs einem realistischen Ergebnis entsprechen.
Grundlegendes technisches Wissen wird immer noch unerlässlich sein, auch wenn man es in einer kollaborativen metaversen Umgebung anwenden kann und wenn Computer den Großteil unserer täglichen Berechnungen durchführen, oft in astronomischem Ausmaß.
