The Significance of Digital Twins in Manufacturing

Die moderne Fertigungsindustrie steht vor vielfältigen Herausforderungen, darunter steigende Anforderungen an Effizienz, Qualität und Nachhaltigkeit. In diesem Zusammenhang gewinnt die Technologie des "Digital Twins" zunehmend an Bedeutung. Ein Digital Twin ist eine virtuelle Darstellung eines physischen Produkts oder Prozesses, die in Echtzeit Informationen sammelt und simuliert. In der Produktion ermöglicht diese Technologie eine präzise Steuerung, Überwachung und Optimierung der Fertigungsprozesse.

Warum ist der Einsatz von digitalen Zwillingen heutzutage ein Muss?

Der Einsatz von digitalen Zwillingen in der Industrie hat in den letzten Jahren an Bedeutung zugenommen und wird oft als ein Muss betrachtet, weil sie verschiedene Vorteile und Optimierungsmöglichkeiten bieten. Hier sind einige Gründe, warum digitale Zwillinge in der Industrie heute als entscheidend gelten:

Effizienzsteigerung

Durch die Schaffung digitaler Repliken von physischen Anlagen, Produkten oder Prozessen ermöglichen digitale Zwillinge eine genauere Überwachung und Analyse. Dies führt zu einer verbesserten Effizienz bei der Betriebsführung, Wartung und Optimierung von Prozessen.

Vorhersage und Optimierung

Digitale Zwillinge ermöglichen die Simulation verschiedener Szenarien und ermöglichen somit die Vorhersage von Problemen, noch bevor sie auftreten. Dies ermöglicht es Unternehmen, frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen und ihre Prozesse zu optimieren.

Wartung und Instandhaltung

Durch die kontinuierliche Überwachung von physischen Anlagen können digitale Zwillinge frühzeitig Anzeichen von Verschleiß oder potenziellen Ausfällen erkennen. Dies ermöglicht eine präventive Wartung, die ungeplante Stillstandszeiten reduziert und die Lebensdauer von Anlagen verlängert.

Produktentwicklung und -verbesserung

Im Bereich der Produktentwicklung ermöglichen digitale Zwillinge die Simulation und Optimierung von Produkten noch bevor sie physisch hergestellt werden. Dies beschleunigt den Entwicklungsprozess und verbessert die Qualität der Produkte.

Kostenreduktion

Durch die Optimierung von Prozessen, die Vermeidung von Ausfallzeiten und eine effizientere Nutzung von Ressourcen können Unternehmen Kosten reduzieren. Dies ist besonders wichtig in wettbewerbsintensiven Industriezweigen.

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

Digitale Zwillinge ermöglichen es Unternehmen, flexibler auf Veränderungen in der Produktion oder im Markt zu reagieren. Sie können schnell verschiedene Szenarien durchspielen und ihre Prozesse entsprechend anpassen.

Verbesserung der Zusammenarbeit

Digitale Zwillinge erleichtern die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Abteilungen, Lieferanten und Partnern. Alle Beteiligten können auf dieselben digitalen Daten zugreifen und so besser zusammenarbeiten.

Echtzeitüberwachung

Durch die Echtzeitüberwachung von physischen Anlagen können Unternehmen schnell auf Veränderungen reagieren und gegebenenfalls sofort Maßnahmen ergreifen.

Welche Möglichkeiten gibt es heutzutage?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten und Technologien im Zusammenhang mit digitalen Zwillingen, die in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden. Hier sind einige der wichtigsten Möglichkeiten:

3D-Modellierung und Simulation: Die Erstellung von präzisen 3D-Modellen von physischen Anlagen, Produkten oder Prozessen ist entscheidend für die Entwicklung eines digitalen Zwillings. Diese Modelle ermöglichen Simulationen, Analysen und Tests in einer virtuellen Umgebung.
Sensoren und IoT (Internet der Dinge): Die Integration von Sensoren in physische Anlagen ermöglicht die Echtzeitüberwachung von Parametern wie Temperatur, Druck, Vibration und mehr. Diese Daten werden dann in Echtzeit an den digitalen Zwilling übertragen und ermöglichen eine genaue Analyse und Überwachung.
Big Data und Analytics: Die Verarbeitung großer Datenmengen ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit von digitalen Zwillingen. Fortschrittliche Analysewerkzeuge ermöglichen die Extraktion von Erkenntnissen aus den gesammelten Daten, was zu fundierten Entscheidungen führt.
Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen: Der Einsatz von KI und maschinellem Lernen ermöglicht es digitalen Zwillingen, aus Erfahrungen zu lernen, Muster zu erkennen und Vorhersagen zu treffen. Dies ist besonders wichtig für die Optimierung von Prozessen und die Vorhersage von potenziellen Problemen.
Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR): AR und VR ermöglichen es Benutzern, mit digitalen Zwillingen zu interagieren und Informationen in der realen Welt zu visualisieren. Dies ist besonders nützlich für Schulungen, Wartung und Inspektionen.
Blockchain-Technologie: Die Blockchain kann dazu beitragen, die Integrität und Sicherheit der Daten im digitalen Zwilling zu gewährleisten. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass die bereitgestellten Informationen zuverlässig und unverändert sind.
Cloud Computing: Die Nutzung von Cloud-Plattformen ermöglicht den einfachen Zugriff auf große Rechenleistung und Speicherkapazität, was für die Verarbeitung und Speicherung von umfangreichen Datenmengen im Zusammenhang mit digitalen Zwillingen entscheidend ist.
Edge Computing: Durch die Verlagerung von Datenverarbeitungsaufgaben näher an den Ort der Datenerzeugung (Edge) können Unternehmen schneller auf Informationen reagieren und latenzempfindliche Anwendungen realisieren.
Interoperabilität: Die Entwicklung von Standards und Protokollen zur Sicherstellung der Interoperabilität zwischen verschiedenen digitalen Zwillingen ist entscheidend. Dies ermöglicht den Austausch von Daten und Informationen zwischen verschiedenen Systemen und Plattformen.

Diese Technologien werden oft kombiniert, um umfassende digitale Zwillinge zu schaffen, die in der Lage sind, komplexe physische Systeme präzise zu modellieren und zu optimieren. Der Einsatz dieser Möglichkeiten hängt stark von den spezifischen Anforderungen und Zielen eines Unternehmens oder einer Industrie ab.

AUFBAU EINES DIGITALEN ZWILLINGS: EINE MEHRSTUFIGE REISE

Der Aufbau eines digitalen Zwillings ist eine mehrstufige Reise, die eine sorgfältige Planung und Umsetzung erfordert. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines physischen Objekts, Prozesses oder Systems, die Echtzeitdaten verwendet, um Einblicke, Analyse und Simulationen zu ermöglichen. Hier sind die Schritte, die auf dem Weg zur Erstellung eines digitalen Zwillings unternommen werden müssen:

Zielsetzung definieren: Zuerst müssen Sie klar definieren, welches physische Objekt, Prozess oder System Sie digital replizieren möchten. Was ist das Hauptziel des digitalen Zwillings? Möchten Sie die Leistung verbessern, Wartung optimieren, Sicherheit erhöhen oder etwas anderes erreichen?
Datenquellen identifizieren: Identifizieren Sie alle relevanten Datenquellen, die Informationen über das physische Objekt oder den Prozess liefern. Dies können Sensoren, IoT-Geräte, historische Daten und andere Informationsquellen sein.
Sensoren und IoT-Geräte implementieren: Falls notwendig, sollten Sie Sensoren und IoT-Geräte installieren, um Echtzeitdaten zu erfassen. Diese Daten sind entscheidend für die Aktualisierung des digitalen Zwillings.
Daten sammeln und speichern: Richten Sie eine Infrastruktur ein, um die gesammelten Daten zu speichern und zu verarbeiten. Dies kann in der Cloud oder vor Ort erfolgen, je nach den Anforderungen.
Datenverarbeitung und Analyse: Nutzen Sie Datenanalyse-Tools und Algorithmen, um aus den Rohdaten wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen. Dies kann Echtzeitanalysen, Vorhersagemodelle und andere Techniken umfassen.
Modellierung und Simulation: Erstellen Sie ein virtuelles Modell, das das physische Objekt oder den Prozess repräsentiert. Dieses Modell sollte die Daten aus den Sensoren verwenden, um eine genaue Replikation zu ermöglichen. Sie können Simulationssoftware verwenden, um das Verhalten des digitalen Zwillings zu überprüfen.
Integration in Echtzeit: Stellen Sie sicher, dass der digitale Zwilling in Echtzeit aktualisiert wird, um die aktuellen Bedingungen des physischen Objekts oder Prozesses widerzuspiegeln. Dies erfordert eine nahtlose Integration von Datenquellen und Modell.
Visualisierung und Benutzeroberfläche: Entwickeln Sie eine benutzerfreundliche Oberfläche, über die Benutzer den digitalen Zwilling überwachen, steuern und analysieren können. Dies kann Dashboards und Visualisierungen umfassen.
Kontinuierliche Verbesserung: Der digitale Zwilling ist kein statisches Projekt. Erfordert eine kontinuierliche Verbesserung und Anpassung, um mit den sich ändernden Bedingungen des physischen Objekts oder Prozesses Schritt zu halten.
Sicherheit und Datenschutz: Stellen Sie sicher, dass angemessene Sicherheitsmaßnahmen implementiert sind, um die Daten des digitalen Zwillings zu schützen. Dies ist besonders wichtig, da es sich um sensible Informationen handelt.
Skalierung und Erweiterung: Je nach den Anforderungen und Erfolgen des digitalen Zwillings können Sie erwägen, das Projekt zu skalieren oder auf andere Bereiche auszudehnen.

Die Erstellung eines digitalen Zwillings ist eine langfristige Initiative, die eine enge Zusammenarbeit zwischen den technischen und betrieblichen Teams erfordert. Es kann erhebliche Vorteile in Bezug auf Effizienz, Fehlerbehebung, Vorhersage und Optimierung bieten, insbesondere in Industrie, Fertigung, Logistik und vielen anderen Branchen.

Welche Möglichkeiten stehen zur Verfügung?

NVIDIA, Supermicro, Visual Components und VMware, tragen auf unterschiedliche Weise zur Entwicklung und Implementierung von digitalen Zwillingen bei:

GPU-Technologie

NVIDIA ist bekannt für seine fortschrittlichen Grafikprozessoren (GPUs). Diese leistungsstarken GPUs werden häufig in Rechenzentren eingesetzt, um komplexe Berechnungen, Simulationen und Visualisierungen für digitale Zwillinge zu unterstützen. Die parallele Verarbeitungsfähigkeit von GPUs ist besonders nützlich für anspruchsvolle Simulationen und KI-Anwendungen.

Doch NVIDIA ist nicht nur auf dem Gebiet der GPUs ein Spitzenreiter, sondern auch im Bereich der Plattformen. Mit Produkten wie NVIDIA Omniverse Enterprise und Omniverse setzt das Unternehmen Standards für 3D-Simulationen und Kollaboration. Die Jetson-Serie adressiert erfolgreich den Bereich der Edge-Computing-Anwendungen, während Fleet Command Unternehmen eine effektive Verwaltung ihrer GPU-Ressourcen ermöglicht. Dies unterstreicht die Vielseitigkeit und Innovationskraft, die NVIDIA nicht nur als GPU-Hersteller, sondern auch als Anbieter umfassender Plattformlösungen auszeichnen.

NVIDIA OMNIVERSE™ ENTERPRISE

NVIDIA Omniverse™ Enterprise in NVIDIA® OVX™ ermöglicht präzise, KI-fähige virtuelle Simulationen, die in Echtzeit mit der realen Welt synchronisiert sind. Unternehmen nutzen diese digitalen Zwillinge, um Produkte, Geräte und Prozesse zu entwerfen, zu simulieren und zu optimieren, bevor sie in die Produktion gehen.

In den kommenden Jahren werden Simulationen verstärkt genutzt, um Produkte zu entwickeln, das Kundenerlebnis zu verbessern und die betriebliche Effizienz zu steigern. Dafür werden Universal Scene Description (USD) und Workflow-Lösungen benötigt. Digitale Zwillinge spielen dabei eine Schlüsselrolle und sind bereits in verschiedenen Organisationen im Einsatz.

Für beste Leistung und Skalierbarkeit sind in jedem NVIDIA OVX Server vier NVIDIA ConnectX®-6 Dx Netzwerkadapter integriert, um Interaktionen in Simulationen in Echtzeit zu ermöglichen. Der NVIDIA Spectrum-3-Switch bietet eine effiziente Datenübertragung und erleichtert die Netzwerkverwaltung.

3D- und CAD-Daten lassen sich mühelos in Omniverse Enterprise integrieren, um kollaborative Workflows mit Anwendungen von Drittanbietern zu ermöglichen. Visual Components, Autodesk Maya, Revit und andere sind Teil dieser Innovation.

NVIDIA Omniverse™ Enterprise und NVIDIA® OVX™ sind die Zukunft der Unternehmensentwicklung und Innovation.

NVIDIA Omniverse: Kollaborative 3D-Simulation und Visualisierung

NVIDIA Omniverse revolutioniert die Art und Weise, wie digitale Zwillinge erstellt und kollaborativ genutzt werden. Diese Plattform ermöglicht es, 3D-Welten in Echtzeit zu simulieren und zu visualisieren, wodurch Teams in verschiedenen Standorten nahtlos zusammenarbeiten können. Omniverse erweitert die Grenzen der Zusammenarbeit und ermöglicht eine noch tiefere Integration von Simulationen in den Entwicklungsprozess.

NVIDIA ISAAC SIM

NVIDIA Isaac Sim™ ist ein erweiterbarer Robotiksimulator, der Ihnen eine schnellere und bessere Möglichkeit bietet, KI-basierte Roboter zu entwerfen, zu testen und zu trainieren. Es basiert auf Omniverse™ und liefert skalierbare, fotorealistische und physikalisch genaue virtuelle Umgebungen für die Erstellung von Simulationen mit hoher Wiedergabetreue.

NVIDIA Fleet Command™

NVIDIA Fleet Command™ ist ein verwalteter Cloud-Service für KI-Anwendungen. Mit Fleet Command können Sie Anwendungen über verteilte Edge-Systeme hinweg sicher bereitstellen, verwalten und skalieren. Fleet Command ermöglicht den Zugriff auf den NGC-Katalog für eine breite Palette von KI-Software und die Private Registry für Anwendungen von Drittanbietern oder solche, die Sie selbst bereitgestellt haben. Über die Fleet Command-Benutzeroberfläche können Sie schnell virtuelle Standorte und Systeme einrichten, die Sie Ihren physischen Geräten an Edge-Standorten zuordnen. Sobald Sie Ihre Anwendungen bereitgestellt haben, vereinfacht Fleet Command das KI-Lebenszyklusmanagement mit Over-the-Air-Anwendungsupdates, KI-Zustandsüberwachung und Remote-Tools für den Zugriff, die Wartung und die Optimierung Ihrer Bereitstellungen.

Simulationssoftware:

Visual Components bietet Simulationssoftware, die in der Fertigungsindustrie eingesetzt wird. Diese Software ermöglicht die Erstellung von digitalen Modellen von Fertigungsanlagen und Produktionsprozessen. Unternehmen können diese Modelle verwenden, um verschiedene Szenarien zu simulieren, Effizienz zu optimieren und die Produktionsleistung zu verbessern.

Visual Components ist eine Softwareplattform, die in der Fertigungsindustrie für die Erstellung von digitalen Zwillingen von Fabriken eingesetzt wird. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Repräsentation eines physischen Produkts, Prozesses oder Systems. In Bezug auf Fabriken bedeutet dies, dass die Software eine virtuelle Abbildung der gesamten Produktionsanlage erstellen kann.

Visual Components bietet eine Vielzahl von Funktionen, die es Ingenieuren und Planern ermöglichen, Fabriken digital zu entwerfen, zu simulieren und zu optimieren. Hier sind einige der Hauptmerkmale und Funktionen von Visual Components:

3D-Modellierung: Die Software ermöglicht es Benutzern, 3D-Modelle von Fabriken zu erstellen, die alle relevanten physischen Komponenten wie Maschinen, Förderbänder, Lagerbereiche und Arbeitsstationen enthalten.
Simulation: Durch die Simulation von Produktionsprozessen können Benutzer den Betrieb der Fabrik virtuell testen. Dies umfasst die Optimierung von Produktionsabläufen, die Ressourcenauslastung und die Identifizierung von Engpässen.
Materialflussanalyse: Die Software bietet Tools zur Analyse des Materialflusses in der Fabrik. Dies ermöglicht es, Engpässe zu identifizieren, Lagerbestände zu optimieren und die Effizienz der Produktionsprozesse zu steigern.
Echtzeit-Visualisierung: Benutzer können den digitalen Zwilling in Echtzeit visualisieren, um Änderungen und Optimierungen sofort zu sehen.
Roboterprogrammierung: Visual Components unterstützt auch die Programmierung von Industrierobotern. Dies ist besonders wichtig in Fabriken, die auf automatisierte Prozesse setzen.
Kollisionsprüfung: Die Software prüft auf Kollisionen zwischen verschiedenen Komponenten in der digitalen Fabrik, um mögliche Probleme in der realen Welt zu vermeiden.
Datenintegration: Visual Components ermöglicht die Integration von Daten aus anderen Systemen, um realistische und genaue Modelle zu erstellen.

Visual Components wird von verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Automobilherstellung, Elektronikproduktion, Maschinenbau und Logistik. Es hilft Unternehmen, ihre Fertigungsprozesse zu optimieren, Kosten zu reduzieren und die Effizienz zu steigern, bevor physische Änderungen in der realen Welt vorgenommen werden.

Visual Components bietet eine Vielzahl von Produkten für die Fertigungssimulation an, darunter Essentials, Professional und Premium. Die Essentials-Version ermöglicht das Entwerfen und Simulieren von Fabriken mithilfe vorgefertigter Komponenten. Professional geht einen Schritt weiter und erlaubt die Definition und Erstellung eigener Fabrikkomponenten für detaillierte Simulationen. Die Premium-Version bietet eine umfassende Lösung zur virtuellen Abbildung der gesamten Fabrik und ihrer Produktionslinien. Für die Optimierung von Roboteranwendungen bietet Visual Components Robotics OLP, um die Offline-Programmierung von Robotern zu verbessern. Weitere Produkte wie Visual Components Experience ermöglichen 3D-Simulationen auf mobilen Geräten und in Virtual Reality, während der Visual Components Connector für NVIDIA Omniverse erweiterte Simulationsmöglichkeiten durch die Integration mit NVIDIA Omniverse bietet. Diese Vielfalt ermöglicht es Anwendern, das passende Produkt entsprechend ihren spezifischen Anforderungen auszuwählen und die Effizienz ihrer Fertigungsprozesse zu steigern.

Essentials

Entwerfen, planen und simulieren Sie Ihre zukünftige Fabrik mithilfe einer Bibliothek von vorgefertigten Fabrikkomponenten.

Professional

Definieren und erstellen Sie Ihre eigenen Fabrikkomponenten für die 3D-Fabriksimulation.

Premium

Diese Lösung für die Simulation von Produktionslinien ermöglicht Ihnen gesamte Fabrik virtuell abbilden.

VC Robotics OLP

Verbessere den Nutzungsgrad deiner Roboter mit einer schnellen, genauen und fehlerfreien Offline-Programmierung der Roboter.

NVIDIA Omniverse Connector

Wir stellen vor: Visual Components Connector für NVIDIA Omniverse.

Hardwarelösungen:

Supermicro ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Bereitstellung leistungsstarker und umweltfreundlicher Servertechnologie. Das Unternehmen bietet anwendungsoptimierte Server und Workstations mit Blade-, Storage- und GPU-Lösungen. Die Produkte zeichnen sich durch bewährte Zuverlässigkeit, überlegenes Design und eine der branchenweit umfangreichsten Produktkonfigurationen aus, um sämtlichen Rechenanforderungen gerecht zu werden. Supermicro hat sich auf die Entwicklung von Hochleistungs-Hardwarelösungen spezialisiert, darunter Server, Speicher und Netzwerkkomponenten. Im Bereich digitaler Zwillinge kann Supermicro Hardwareinfrastrukturen bereitstellen, die für die Verarbeitung und Speicherung großer Datenmengen sowie für rechenintensive Aufgaben optimiert sind.

NVIDIA OVX-Systeme von Supermicro

NNVIDIA OVX™ Systeme mit dem neuen L40 Grafikprozessor bieten erstklassige Grafik- und Rechenleistung zur Beschleunigung von KI-Workloads der nächsten Generation in Rechenzentren. Supermicro hat seinen OVX-Server der zweiten Generation mit dem L40-Grafikprozessor vorgestellt, der für 3D-Zusammenarbeit, Metaverse und digitale Zwillingssimulationen entwickelt wurde. Diese Server sind mit zwei Intel-CPUs, 32 DIMMs, 8 TB Speicher, 12 PCI-E-Steckplätzen und bis zu 24 Laufwerkseinschüben ausgestattet. Supermicro bietet auch andere Serverkonfigurationen mit L40-Grafikprozessoren zur Unterstützung von NVIDIA Omniverse™ Enterprise-Anwendungen an. Diese Server bieten hochmoderne Grafik-, KI- und Netzwerkfunktionen für immersive virtuelle Welten. Supermicro plant, L40-GPUs in aktuelle und zukünftige Intel- und AMD-basierte Systeme zu integrieren. Diese Supermicro OVX-Server sind für die Erstellung und Verwaltung von Omniverse-Anwendungen im Rechenzentrumsmaßstab optimiert und damit ideal für kommende KI-Anwendungen, die visuell beeindruckende virtuelle Umgebungen erfordern.

OVX wurde entwickelt, um große digitale Zwillinge zu betreiben, die auf NVIDIA Omniverse Enterprise basieren , einer Plattform zum Erstellen und Betreiben von Metaverse-Anwendungen. Das neueste OVX-System bietet die bahnbrechende Grafik und KI, die zur Beschleunigung umfangreicher digitaler Zwillingssimulationen und anderer anspruchsvoller Anwendungen erforderlich sind, indem es NVIDIA BlueField-3-DPUs mit NVIDIA L40-GPUs, ConnectX-7 SmartNICs und der NVIDIA Spectrum Ethernet-Plattform kombiniert .

Diese Unternehmen könnten einzeln oder in Kombination dazu beitragen, eine umfassende Infrastruktur für digitale Zwillinge bereitzustellen, die von leistungsstarker Hardware, über Simulationssoftware bis hin zu Virtualisierungs- und Cloud-Lösungen reicht. Die Integration dieser Technologien ermöglicht eine ganzheitliche Herangehensweise an die Entwicklung und Nutzung digitaler Zwillinge, sowohl in Bezug auf die Modellierung und Simulation als auch auf die Bereitstellung und Verwaltung der zugrunde liegenden IT-Infrastruktur.

Quelle: NVIDIA
NVIDIA AI & Omniverse: Pegatron Digitalizes AI Smart Factory w/Isaac Sim, Metropolis, and Omniverse