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Der digitale Zwilling lebt

| Autor / Redakteur: Ralf Steck / Stefanie Michel

Mit Augmented Reality kann beispielsweise ein smartes Fahrrad sein eigenes CAD-Modell, das auf einem Tablet angezeigt wird, in Echtzeit steuern.
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Mit Augmented Reality kann beispielsweise ein smartes Fahrrad sein eigenes CAD-Modell, das auf einem Tablet angezeigt wird, in Echtzeit steuern. (Bild: PTC)

Wir stehen an der Schwelle zum Zeitalter der Digitalisierung. Soft- und Hardware sind immer öfter in der Lage, Produkte in allen ihren Aspekten und im Zusammenhang zu simulieren. Die Größenordnung von Simulationen reicht vom molekularen Bereich bis zu kompletten Stadtsimulationen im Computer. Diese umfassende Repräsentation eines Produkts im Computer – der digitalen Zwilling – ermöglicht eine ganze Reihe neuer Prozesse und Technologien und ist eine unabdingbare Voraussetzung für Smarte Produkte oder das Internet of Things.

Was ist real, was kommt aus dem Computer? Nicht immer ist diese Frage so einfach zu beantworten wie im ersten Kinofilm, der realistische Computereffekte großflächig einsetzte: Jurassic Park. Dinosaurier sind ausgestorben, also müssen die im Film zu sehenden virtuell sein. Aber auch der Jeep, der in einer der Schüsselszenen droht, auf die Hauptdarsteller herabzufallen, wurde nicht real über den Schauspielern aufgehängt, sondern stammt aus dem Computer.

Das geschah zum einen aus Sicherheitsgründen, zum anderen war es sicherlich preiswerter, einen virtuellen als einen echten Jeep einen Baum herunterfallen zu lassen; und hier sind wir bei der Parallele zwischen Computereffekten in Filmen und der Produktentwicklung: Ein digitaler Prototyp kann beliebig oft gegen eine Wand gefahren oder in anderen Aspekten getestet werden. Was noch wichtiger ist: Ein digitaler Prototyp lässt sich jederzeit mit geringem Aufwand ändern - was wiederum eine viel frühere Nutzung von Prototypen erlaubt als dies bisher der Fall ist. Denn physikalische Prototypen werden auch meist erst sehr spät im Produktentwicklungsprozess gebaut, wenn die Konstruktion schon sehr nahe am späteren Serienzustand ist. Der wichtigste Grund hierfür ist, dass es sehr teuer ist, Änderungen der Konstruktion in einen fertigen Prototypen einzubauen.

Digitaler Zwilling ist mehr als ein Prototyp

Doch die Möglichkeiten, die der digitale Zwilling bietet, gehen weit über den fertigen Prototypen hinaus: So ermöglicht ein digitales Pflichtenheft – in Form eines Requirements Management Systems – den permanenten Abgleich der Anforderungen an das Produkt mit den Fähigkeiten des aktuellen Konstruktionsstandes. Der nächste Schritt nach der Festlegung der Anforderungen ist üblicherweise das Festlegen der Funktionen, die das Produkt erfüllen soll. Hier kommt das Systems Engineering ins Spiel, das in einer sehr abstrakten Darstellung – im einfachsten Fall in Form eines Flussdiagramms – die Funktionsweise des Produkts definiert.

Das Grundprinzip der digitalisierten Produktentwicklung ist die Aufteilung des Produkts und seiner Funktionen in Untergruppen, die dann von rein abstrakten bis zu komplett ausdetaillierten digitalen Komponenten weiterentwickelt werden können. Das Requirements Management und das Systems Engineering stellen das Zusammenwirken und die Zielerreichung des Gesamtprodukts und den erforderlichen Anteil der Komponenten sicher.

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